ในปี 2537 มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ได้แสวงหาที่ดินใหม่เพื่อขยายวิทยาเขตการศึกษาตามนโยบายของทบวงมหาวิทยาลัย โดยที่ดินใหม่ควรมีเนื้อที่ประมาณ 1,500 ไร่ เพื่อพัฒนาให้เป็นวิทยาเขตที่มีลักษณะเป็นเมืองมหาวิทยาลัย ประกอบด้วย

1. สถานที่เรียนและวิจัย
2. สถานที่ทำสวนอุตสาหกรรม
3. โรงเรียนและโรงพยาบาล
4. ที่พักอาศัยของอาจารย์และนักศึกษา
5. แปลงทดลองสำหรับงานด้านเกษตรกรรมเพื่ออุตสาหกรรม งานด้านทรัพยากร ชีวภาพและเครื่องจักรกลเกษตร
6. สวนที่แสดงความหลากหลายทางชีวภาพ และสวนธรรมชาติ
7. ที่พักผ่อนและเล่นกีฬา
8. อ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่

มหาวิทยาลัยฯได้พิจารณาที่ดินในจังหวัดฉะเชิงเทรา จังหวัดพระนครศรีอยุธยา จังหวัดสมุทรสงคราม จังหวัดเพชรบุรี และจังหวัดราชบุรี ในที่สุดเห็นว่า จังหวัดราชบุรีมีความเหมาะสมมากที่สุดที่จะเป็นที่ตั้งของมหาวิทยาลัย เหตุผลเพราะระยะทางจากราชบุรีถึงที่ตั้งมหาวิทยาลัยปัจจุบัน ห่างประมาณ 150 กิโลเมตร การเดินทางไม่ต้องผ่านตัวเมืองของกรุงเทพมหานคร ทำให้สะดวกในการเดินทาง และจังหวัดราชบุรียังมีบรรยายกาศที่ร่มรื่น สงบ สวยงาม

แต่เนื่องจากวิกฤตเศรษฐกิจในปี 2540 ทำให้การก่อสร้าง มจธ.ราชบุรี ล่าช้าออกไป โดยระหว่างนี้มหาวิทยาลัยฯได้นำหลักสูตรวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ คณะเทคโนโลยีสารสนเทศ หลักสูตรครุศาสตร์อุตสาหกรรมมหาบัณฑิตและหลักสูตรเทคโนโลยีบัณฑิต คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี เปิดสอนให้กับประชาชนในพื้นจังหวัดราชบุรีและใกล้เคียงที่ศาลาประชาคม อำเภอเมือง จังหวัดราชบุรี

ปัจจุบันมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี พื้นที่การศึกษาราชบุรี ตั้งอยู่เลขที่ 209 หมู่ 1 ตำบลรางบัว อำเภอจอมบึง จังหวัดราชบุรี บนทางหลวงหมายเลข 3087 ห่างจากอำเภอจอมบึงขึ้นไปทางอำเภอสวนผึ้ง 10 กิโลเมตร

ในปี 2553 มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ได้รับการจัดสรรงบประมาณไทยเข้มแข็ง (SP2) จำนวน 500 ล้านบาท สร้างพื้นที่การศึกษาในมจธ. (ราชบุรี) เพื่อดำเนินการเปิดรับนักศึกษาตั้งแต่ปีการศึกษา 2556 ซึ่งมหาวิทยาลัยได้วางแผนแม่บท และออกแบบกลุ่มอาคารโดยใช้หลักการเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม รักษาต้นไม้และสภาพป่าที่มีอยู่ไว้ให้มากที่สุด โดยใช้เทคโนโลยีการประหยัดพลังงาน ลดการปล่อยของเสีย รวมถึงการร่วมกับชุมชนจัดทำเขตเมืองมหาวิทยาลัย เพื่อสร้างให้เป็นพื้นที่การศึกษาสีเขียวและสะอาด (Green and Clean Campus) ตามมาตรฐานสากล ช่วยสร้างสภาพ แวดล้อมให้เอื้อต่อการเรียนการสอนและการวิจัยที่มุ่งเป็นมหาวิทยาลัยของภูมิภาคตะวันตก เพื่อเป็นส่วนสร้างคุณภาพชีวิตที่ดีของประชาชนและสังคมที่อุดมสุขให้แก่ภูมิภาคนี้ โดยปัจจุบันได้ดำเนินการก่อสร้างอาคารตามแผนปฏิบัติการไทยเข้มแข็งแล้วเสร็จ จำนวน 17 หลัง มีพื้นที่ใช้สอยรวม 53,416.05 ตารางเมตร ประกอบด้วย

1. อาคารเรียนรวม
2. อาคารหอสมุดและสำนักงานผู้บริหาร
3. อาคารปฏิบัติการ
4. อาคารวิจัย
5. อาคารหอประชุม

ในปี 2556 มจธ.ราชบุรีได้เปิดสอนหลักสูตรวิศวกรรมศาสตร์ โดยจัดการจัดการเรียนการสอนแบบ Residential College ของมหาวิทยาลัย Cambridge และ Oxford จากประเทศอังกฤษ ที่ให้นักศึกษาพักในมหาวิทยาลัย โดยที่มหาวิทยาลัยเป็นทั้งที่พัก และที่จัดการเรียนรู้ ดังนั้นนักศึกษาทุกคนที่ศึกษาอยู่ที่นี่จะต้องพักในที่พักของมหาวิทยาลัยเท่านั้น[3]