Кафедра «Оптимізація технологічних систем імені Т.П. Євсюкова» заснована у 1932 році під назвою «Експлуатація машинно-тракторного парку». Основним засновником дисципліни ЕМТП був академік Свірщевський Б.С. Активну участь в її становленні приймав професор Фере М.Є., який працював на кафедрі до 1940 року.
Матеріально-технічна база кафедри в період 1932-1941 рр. була обмежена приладами для тягових випробувань МТА (динамографи Шефера-Буденберга, Амслера, Горячкіна та мірне колесо). У період Великої Вітчизняної війни інститут було евакуйовано до м. Ташкенту. Післявоєнний розвиток кафедри почався з 1951 р. під керівництвом доцента Буланенка Ф.М.
Протягом існування кафедри професорами працювали та працюють академік Свірщевський Б.С., професори Фере М.Є., Євсюков Т.П., Ковтун Ю.І., Пастухов В.І., Джолос П.А., Мельник В.І.
У 1969 році при кафедрі створена перша серед навчальних закладів лабораторія технічного обслуговування тракторів і сільськогосподарських машин. Із 1973 року колектив кафедри під керівництвом доцентів Слободюка В.Я. і Макеєва М.З. починає розробляти нові технології і засоби внесення мінеральних та органічних добрив. У 1984 році при кафедрі під керівництвом професора Євсюкова Т.П. створена проблемна лабораторія «Механізація внесення добрив». Дослідження цього наукового напрямку дозволяли створити нові технології і технічні засоби внесення мінеральних і органічних добрив, які захищені більше 50 авторськими свідоцтвами та патентами на винаходи, та запропоновані на виробництво.
Під керівництвом проф. Слободюка В.Я. було підготовлено та захищено 5 кандидатських дисертацій по засобам механізації внесення твердих мінеральних добрив. Під керівництвом доц. Макєєва М.З. було підготовлено та захищено 3 кандидатських дисертацій по засобам механізації внесення твердих органічних добрив. Під керівництвом проф. Євсюкова Т.П. було підготовлено та захищено 4 кандидатських дисертацій по засобам механізації внесення рідких мінеральних добрив з поливною водою. Під керівництвом проф. Мельника В.І. було підготовлено та захищено 2 кандидатських дисертацій.
На кафедрі за останні 10 років було захищено 2 докторських дисертацій (проф. Пастухов В.І., Мельник В.І.).
Під керівництвом доц. Макеєва М.З. та виконавцями Зайцевим А.С., Анікєєвим О.І., Романашенко О.А., Красноруцьким О.М. були розроблені та впроваджені у виробництво кузовний розкидач та валкувач-розкидач твердих органічних добрив у Белгородської області.
Проф. Мельник В.І. розробив та впровадив у виробництво стрічковий спосіб внесення гербіцидів локальним способом при сівбі технічних культур.
Під керівництвом проф. Євсюкова Т.П. та виконавцями доц. Руденко П.Ф., Пастуховим В.І., Калюжним О.Д., та іншими були розроблені та впроваджені у виробництво засоби механізації для внесення рідких мінеральних добрив з поливною водою у господарствах Харківської області.
З 1995 року на кафедрі розпочалося викладання дисципліни «Обґрунтування інженерних рішень», де у достатній мірі застосовується багатокритеріальний аналіз і системний підхід при розв’язанні інженерних задач. У 1996 році колективом кафедри в співдружності з кафедрами інших ВНЗ України видано підручник із цієї дисципліні для вищих навчальних закладів. Щороку на кафедрі захищають дипломні проекти понад 70 студентів.
У 1997 році кафедра поповнюється необхідним обладнанням для визначення якості механізованих процесів у землеробстві; обладнується лабораторія агрокваліметрїї і під керівництвом професора Ковтуна Ю.І. починається вивчення нової дисципліни для студентів «Агрокваліметрія». В 2000 році видається підручник «Агрокваліметрія» (автори: Ковтун Ю.І., Мазоренко Д.І., Пастухов В.І., Джолос П.А.).
Колективом кафедри виданий «Довідник з машиновикористання в землеробстві», яким широко користуються науковці, виробничники, студенти країни (Пастухов В.І., Чигрин А.Г., Анікєєв О.І., Циганенко М.О.).
У 2000 році при кафедрі під керівництвом доцента Пастухова В.І. створюється науково-дослідна лабораторія оптимізації застосування сільськогосподарської техніки, напрямком діяльності якої є підвищення рівня землеробства шляхом удосконалення системи «Енергетичний засіб – с.-г. машина – середовище – людина – структура підприємництва».
Колективом кафедри у 2008 році видано підручник «Інформаційне забезпечення сільськогосподарського виробництва» (В.Л. Лютинський, В.І. Пастухов, Г.В. Рудницька).
Колективом кафедри у 2009 році видано підручник «Транспортне забезпечення сільськогосподарського виробництва» до курсового та дипломного проектування (Л.М. Тіщенко, В.І. Пастухов, А.С. Зайцев, М.О. Циганенко, О.А. Романашенко, Л.П. Присяжна).
Колективом кафедри у 2009 році видано підручник «Інженерна служба сільськогосподарського підприємства» у співаторстві В.І. Пастухова, О.А. Романашенко, Г.В. Фесенко, С.О. Харченко, В.Л. Лютинський, М.В. Черкашина, Л.П. Присяжна; ХНТУСГ ім. П. Василенка. – Ч.1: Організація та обгрунтування технічного забезпечення МТП.
Професором Мельником В.І. з 2006 до 2012 роки були видані монографії «Предельное равновесие сплошных неупругих сред», «Предельное равновесие связных и сыпучих сред», «Внутрипочвенное внесение жидкостей в растениеводстве», «Распределение жидкостей под слоем почвы».
Викладачі кафедри при активній участі студентів старших курсів та магістрів проводять науково-дослідну роботу за напрямками:
– оптимізація комплексів машинних агрегатів для виробництва провідних сільськогосподарських культур в Україні за критеріями збереження ресурсів, біологічного потенціалу культур та довкілля;
– удосконалення технологічних процесів та засобів механізації при внесенні органічних, мінеральних добрив і розчинів гербіцидів.
Рішенням семінару завідувачів кафедр ЕМТП (листопад 2004 р.) кафедра «ЕМТП» ХНТУСГ ім. Петра Василенка визначена провідною серед споріднених кафедр України.
На кафедрі впроваджено моделювання роботи машинно-тракторних агрегатів по дисципліні «Динаміка сільськогосподарських агрегатів».
Запропонована конструкція ґрунтового каналу з двома жолобами і гальмівної станцією з використанням самохідної моделі трактора, дозволяє дослідити її тягові, швидкісні та інші параметри роботи на різних типах агрофону або дорожнього покриття, і значно скоротити час і вартість проведення експериментів.
У 2009 році кафедра ЕМТП була перейменована на кафедру ОТС імені Т.П. Євсюкова.