数学科学系的本科生培养目标是，通过基础课程的严格训练、专业课程的深入与提高以及实践环节与科研训练，使学生了解数学学科发展的特点，掌握学习现代数学所需要的基础知识，为他们今后的发展打下坚实的基础。培养在数学的理论研究或者实际应用方面能力很强的青年人才，特别是具有良好的数学基础、较强的创新意识和能力、优良的综合素质、有潜力成为领军人才的青年学子。

数学科学系目前设有数学与应用数学、信息与计算科学以及数理基础科学三个本科生专业。本科学制四年，按照学分制管理机制，实行弹性学习年限。培养计划按照因材施教、灵活管理的原则，设计了三大类培养方案：１、清华学堂数学班培养计划；２、数学与应用数学专业培养计划；３、数理基础科学专业培养计划。在招生时不分专业，前两年所有同学学习相同的十门数学基础课程，后两年根据志向、兴趣和能力自行选择培养计划。由于生源优秀、办学条件优越，数学科学系本科毕业生中有90%多的学生选择了在国内外一流大学继续深造，在数学以及相关学科方向攻读博士或硕士学位，其中有近一半学生出国留学；另有约10%的学生选择就业，绝大部分在信息产业、教育或金融行业工作。       

数学科学系每年招收本科生90人左右，其中有20位左右的学生进入清华学堂数学班项目。清华学堂数学班设立于2009年，是“国家基础学科拔尖学生培养试验计划”的一部分，由菲尔兹奖、沃尔夫奖得主丘成桐先生任首席教授。学堂数学班的根本任务是培养新一代的数学科学领军人才，项目选拔志向以数学科学事业为终生职业并且数学天分较高的青年学生，使他们受到良好的训练，创造机会使他们在数学科学的主流方向跟随国际大师学习工作，迅速成长为重要的数学家。学堂数学班不独立设班，学堂班提供的教学资源由数学系所有学生共享，学堂数学班每年对其成员考核并实行动态进出机制。自设班以来，学堂数学班成员在引领数学系学生专心数学学习，营造一个崇尚科学、潜心数学、刻苦钻研的学习氛围上发挥了非常重要的作用。数学科学系学生积极参加每年夏天举办的丘成桐大学生数学竞赛并屡获优异成绩，特别是在2016年的竞赛中获得了9枚个人金牌中的6枚以及唯一的团体金牌，学生们在竞赛中的出色表现也是数学科学系重视数学基础课程和专业课程教学的一个体现。

 2009年清华大学成立了以丘成桐先生为主任的数学科学中心。2015年，经教育部批准清华大学数学科学中心更名为丘成桐数学科学中心。数学科学系和数学科学中心每年邀请一批国际著名数学家来访清华，开设短期课程、组织研讨班、作数学专题或综述讲座，为数学科学系和数学中心学生提供了一流的学习数学和研究数学的资源，搭建了一个极好的培养优秀数学人才的国际化平台。

       自恢复高考以来，数学科学系招生规模逐渐扩大，专业方向逐渐增加，从以应用数学为主发展到涵盖数学的五个二级学科，培养出了一批从事数学及相关领域研究工作的优秀学者。他们包括曹怀东（微分几何与几何分析）、刘小博（微分几何与数学物理）、林希虹（生物统计）等。更有一批我系培养的年轻人已经在国际上崭露头角，他们包括吴昊（女）、单芃、郑维喆、田一超、胡永泉、童纪龙、黄忠亿、郑春雄、刘思齐、陈志杰等人，其中吴昊（女）和单芃已入选国家青年千人计划并获聘数学科学系和丘成桐数学科学中心教授，黄忠亿和刘思齐获得了国家优秀青年基金并任数学科学系教授。近年来有大批有志于数学科学事业的我系毕业生在国内外一流的数学机构学习深造，从中必将涌现出更多在数学及相关研究领域做出杰出成就的学术领军人才。