先進理工・創造理工・基幹理工の3学部を擁し、理工3学部一括で入学試験が行われる。合格難易度は非常に高い。学内併願の特徴として意外に政治経済学部との併願関係が強い。尚、理工学部の学生は、一部を除き4年間を西早稲田キャンパスで過ごすことになる。（例外として、先進理工学部の生命医科学科や電気・生命情報学科の一部の研究室は東京女子医大学キャンパス内にある先端生命医科学センター（TWIns）にあり、学生も当センターで講義を受けたり、研究活動を行ったりする。）
数学（120分/120点） 数学IIIからの出題が多く、特に極限の計算は毎年なんらかの形で出題されている。ほとんどが標準問題～やや難レベルの問題である。青チャートなどで典型パターンを繰り返し、標準問題が確実に解けるようになったら、「やさしい理系数学（河合出版）」や「理系数学の良問プラチカ」等でやや難レベルの問題が解けるくらいの思考力を養った上で、過去問演習に取り掛かろう。また、面積・体積といった求積系の問題はほぼ隔年で出題されているため、しっかり対策をしておくこと。近年は数学III以外からの出題も見られ、特に数列の漸化式や図形と式からの出題が目立っている。完答するには相当な実力を必要とする問題が多く、特に問５は例年、かなり難易度の高い問題が出題される。
英語（90分/120点） 専門用語中心の学術英文が出題されることが多い。全く得点できないと合格は難しいが、多くのトップレベル理系受験生が抑えているであろう、文法・語法を習得し、長文読解の過去問研究をしっかり行い、傾向分析するしか手はないと言われている。
理科（120分/120点<1科目60点>） 学科によって指定されている2科目(大半の学科が物理・化学)が課せられ、出願時に科目を選択する。2007年度入試より大問は3つ、1問目はマークシート、2，3問目は記述式となっている。先進理工は学科によって科目の配点が異なる（例、化学・生命化学科…化学：物理=2：1（80点：40点 化学重視）https://www.waseda.jp/inst/admission/undergraduate/system/general/ ）。標準的な問題から受験生の思考力を問うやや難～難レベルの問題まで出題される。難問は取れなくともやや難程度の問題までは取りきらないと合格は厳しい。
空間表現（120分/40点） 創造理工学部建築学科受験生に課される。いわゆる鉛筆デッサンである。独学では対策は難しいため、建築系の美術予備校に通い、プロの指導の下練習することをお勧めする。
※当学部はセンター試験利用方式を採用していない。