До середини 1960-х років кібернетика набула вигляду чіткої наукової парадигми зі своєю методологією та структурою досліджень. Усвідомлюючи гостру необхідність підготовки в Україні висококваліфікованих наукових кадрів у галузі кібернетики, академік В.М.Глушков та академік НАНУ І.І.Ляшко у 1965 році ініціювали створення на першому курсі механіко-математичного факультету Київського державного університету ім. Т.Г.Шевченка (КДУ) групи теоретичної кібернетики. Її основу склали випускники Київської спеціалізованої школи-інтернату фізико-математичного профілю при КДУ (теперішній Український фізико-математичний ліцей Київського університету). Помітну допомогу в організації навчального процесу цієї групи було надано старшим науковим співробітником Інституту кібернетики АН УРСР В.Г.Боднарчуком і професором Л.А.Калужніним.
У 1966 році завдяки зусиллям В.М.Глушкова та І.І.Ляшка на механіко-математичному факультеті було створено кафедру теоретичної кібернетики (ТК), до якої була прикріплена група теоретичної кібернетики. Першим завідувачем (за сумісництвом) цієї кафедри до дня своєї смерті був академік В.М.Глушков. У 1969 році було створено факультет кібернетики, і кафедру ТК було переведено на цей факультет.
В.М.Глушков залучив до роботи на факультеті таких видатних вчених як В.С.Михалевич і І.В.Сергієнко (майбутні академіки і директори Інституту кібернетики НАН України). Для викладання на факультеті кібернетики нових курсів у 1966–1970 роках запрошувалися викладачі КДУ та відомі вчені АН УРСР: професори Є.М.Вавілов, Л.А.Калужнін, Ю.В.Капитонова, В.С.Чарін, доцент Л.М.Прокопенко, член-кореспонденти НАНУ В.В.Анісімов, О.А.Летичевський, В.Н.Редько та К.Л.Ющенко, академіки НАНУ В.С.Королюк і Б.М.Пшеничний. Деякі з них потім перейшли на викладацьку роботу на факультет кібернетики (В.В.Анісімов, В.Н.Редько, В.С.Чарін). У 1970 році на кафедрі теоретичної кібернетики відбувся перший випуск спеціалістів, які отримали дипломи за спеціальністю “математика” та кваліфікацією “теоретична кібернетика”. Випускники кафедри А.В.Анісімов, Б.І.Бойко, В.В.Биць одержали направлення в аспірантуру при кафедрі, після закінчення якої пов’язали свою трудову діяльність з факультетом кібернетики. З 1983 року на кафедрі почав працювати випускник кафедри 1970 року О.В.Лялецький.
В.М.Глушков викладав в КДУ з 1957 р. Лекції, які він читав, завжди приваблювали слухачів багатством фактичного матеріалу, новизною розглянутих проблем та їх оригінальним рішенням. Ось далеко не повний перелік курсів, прочитаний В.М.Глушковим в університеті: “Теорія автоматів”, ”Гомологічна алгебра”, “Теорія і методи проектування ЕОМ”, “Теоретичні проблеми кібернетики”, “Теорія автоматів і проблеми штучного інтелекту”, “Системний аналіз і макроекономічні моделі”, ”Введення в АСУ”, “Сучасні проблеми кібернетики” та інші.
В різні роки на кафедрі ТК працювали професори А.В.Анісімов, В.В.Анісімов, В.С.Донченко, О.К.Закусило, доценти Є.О.Іванов, В.П.Шевченко. Після смерті В.М.Глушкова в 1982 році завідувачем кафедри теоретичної кібернетики був обраний професор М.Ф.Кириченко, який працював на кафедрі до кінця 1986 року. Під його керівництвом на кафедрі проводилися дослідження та викладалися спецкурси з питань розпізнавання образів, моделювання та інтелектуалізації робототехнічних комплексів.
В кінці 1987 році завідувачем кафедри (за сумісництвом) був обраний видатний учений, академік В.С.Михалевич, під керівництвом якого викладачі кафедри почали читати потокові лекції з математичної логіки та спецкурси з пошуку логічного виведення та декларативного програмування. Значне перевантаження на основній роботі змусило його передати керівництво кафедрою своєму колезі доценту П.В.Горшкову, що виконував обов’язки завідувача кафедри з кінця 1986 року до кінця 1987 року.
З 1991 до 1994 року кафедру очолював (за сумісництвом) член-кореспондент НАНУ О.А.Летичевський, завідувач відділом рекурсивних обчислювальних машин Інституту кібернетики ім. В.М.Глушкова. Він організував викладання нових спецкурсів із сучасних парадигм програмування, приділяючи головну увагу питанням алгебричного та логічного програмування.
З 1994 року кафедру очолював професор Ю.А.Бєлов. Під його керівництвом у науково-викладацькій роботі кафедри продовжується розвиток традиційних напрямів, закладених В.М.Глушковим та його послідовниками: дискретної математики, теорії дискретних перетворювачів, автоматів та формальних мов, а також розвиток сучасних парадигм програмування – алгебраїчного, логічного, декларативного, паралельного констрейнтного програмування, автоматизація пошуку доведень теорем та інші питання штучного інтелекту.
З 2014 р. — завідувач кафедри теоретичної кібернетики Ю.В. Крак, відомий учений в галузі робототехніки, штучного інтелекту, розпізнавання образів, аналізу й синтезу комунікаційної інформації, створення нових інформаційних технологій та людино-комп’ютерних інтерфейсів.
На поточний момент на кафедрі працює 9 штатних викладачів: професор А.О.Пашко, доценти Р.М.Трохимчук, А.Б.Ставровський, Т.О.Карнаух, асистенти Ю.В.Коваль, С.С.Кондратюк, Р.А.Веклич, М.С.Єфремов та провідний науковий співробітник Інститут кібернетики ім. В.М.Глушкова професор В.Г.Скобелєв (за сумісництвом). Науково-дослідну роботу на кафедрі проводить завідувач завідувач науково-дослідного сектору теоретичної кібернетики, к. ф.-м. н. В.С.Касьянюк та провідний інженер І.І.Вольчина, за інформаційну політику кафедри відповідає к. ф.-м. н. О.І.Стадник. Методичну роботу по кафедрі виконує А.І.Немцевич.