Fusjonen var et resultat av at statlige høyere utdanningsinstitusjoner i 2014 fikk i oppdrag av Kunnskapsdepartementet om å jobbe for færre institusjoner innen sektoren. 

NTNUs styre vedtok 28. januar 2015 at de ønsket en sammenslåing med Høgskolen i Sør-Trøndelag (HiST), Høgskolen i Gjøvik (HiG) og Høgskolen i Ålesund (HiÅ).

Allerede 18. mars 2015 ble det nedsatt en gruppe som skulle beskrive en felles fusjonsplattform for det nye NTNU. Gruppa besto av dekaner, prorektorer, studenter og ansattrepresentanter ved de fire institusjonene, og ble ledet av dekan Einar Hjorthol ved HiST. Etter medvirkning og innspill ble endelig plattform vedtatt av styringsgruppa den 19. august 2015. 

Selve vedtaket om gjennomføring av fusjonen ble fattet av Kunnskapsdepartementet i juni 2015. 

Ny organisasjon modelleres 2015-2016

I 2015 og 2016 ble det jobbet i ulike prosjekt. Det ble satt i gang faglige integrasjonsprosjekter som blant annet skulle se på helheten i studieprogramporteføljen. Det ble nedsatt en gruppe som skulle legge frem konkrete alternativ for ny, faglig organisering. Gruppa ble ledet av daværende prorektor for utdanning Berit Kjeldstad.

Organisasjonsprosjektet konsentrerte seg om å få på plass felles system, formaliteter og plassering av medarbeidere og ledere. Det ble jobbet med en ny budsjettmodell for NTNU som skulle lage en ny modell for intern fordeling av de bevilgningene som det fusjonerte NTNU mottok over statsbudsjettet. 

Vedtak om hvordan den administrative organseringen skulle være, ble vedtatt 25. august 2016.

Ny organisasjon 1. januar 2017

Fusjonspartnerne beholdt i 2016 sin gamle struktur, men under felles ledelse. Dette var en overgangsordning til den nye organisasjonen trådte i kraft 1. januar 2017.