机电工程学院成立于1998年4月，其前身是1960年8月12日成立的机电系，时设“矿山机电”“冶金机械”“建筑机械”三个五年制本科专业。1962年3月，学校根据冶金工业部的通知，停办冶金机械专业。1962年4月，学校决定撤销机电系，其所属的“矿山机电”专业划归采矿系。1962年6月，学校暂时停办“建筑机械”专业。

1970年12月，在冶金工业部教育革命座谈会上确定，恢复“建筑机械”专业，增设“工业电气自动化”专业，1971年3月，学校恢复机电系，在当年召开的全国教育工作会议期间，学校将“矿山机电”专业改名为“矿山机械”专业。1979年10月，冶金工业部在沈阳召开教育工作会议，决定将我校“建筑机械”“矿山机械”两个专业合并为“机械工程”专业。1984年11月，冶金工业部召开教育规划与改革工作会议，会议决定，将我校“机械工程”专业分建为“矿业机械”和“起重运输与工程机械”专业。

1986年，学校将机械电气工程系分为机械工程系和自动控制系，机械工程系下设“矿业机械”和“起重运输与工程机械”两个专业，自动控制系下设“工业电气自动化”和“计算机科学与技术”两个专业。

1993年，在“起重运输与工程机械”专业正常招生的情况下，还在该专业下招收“设备工程与管理”专业方向学生，“矿业机械”专业按“机械电子工程”专业方向招生。1994年学校将“矿业机械”和“起重运输与工程机械”两个专业合并为“机械设计与制造”专业，增设“机械电子工程”“设备工程与管理”两个本科专业。1995年机械工程系与陕西省劳动厅西安高级职业技术培训中心（简称高培中心）联合，组建西安建筑科技大学机电工程学院。1998年4月22日，学校正式撤销机械工程系，成立机电工程学院，并举行挂牌仪式。

1998年，教育部进行本科专业目录调整，将“机械设计与制造”“机械电子工程”“设备工程与管理”三个本科专业统一更名为“机械设计制造及其自动化”专业，并从1999年起正式招生。1999年，学院增设“工业设计”专业并招生，该专业兼招工科和艺术类考生，2002年，该专业划归艺术学院。2000年，学院开始筹办“电气工程及其自动化”专业，并于当年正式招生。2011年学院新增“工程机械”专业并招生，该专业于2013年更名为“机械工程”专业。2012年学院新增“机械电子工程”专业并招生，2015年学院新增“车辆工程”专业并招生。

1993年学院获准“机械设计及理论”二级学科硕士点，1995年学院获准“机械电子工程”二级学科硕士点；2001年学院获准“机械工程”领域工程硕士学位授予权；2003年学院与中国重型机械研究院共同申报并获准“机械设计及理论”二级学科博士点；2005年学院获准“机械工程”一级学科硕士点，增设“机械制造及其自动化”及“车辆工程”二级学科硕士点；2013年增设汽车电子与电气二级学科硕士点（自设）；2014年获准电气工程专业学位硕士点。目前，“机械设计及理论”为陕西省重点学科。

学院实行“院-所”结构，现有机械动力学理论与应用、机电系统检测与控制、先进制造技术、车辆新能源动力技术、电工程及自动化等5个研究所和1个机电工程实验中心，同时设立专职机构“学科建设研究室”和“系”，负责学院学科、专业建设的各项工作。学院拥有教育部耐磨材料与技术工程研究中心、陕西省耐磨材料工程技术研究中心、陕西省纳米材料与技术重点实验室、西安市清洁能源重点实验室等4个科研平台，拥有省级机电工程实验教学示范中心1个。

学院目前共有机械设计制造及其自动化、电气工程及其自动化、机械工程、机械电子工程和车辆工程五个本科专业。截止2020年12月，学院在册教职工116人；在籍学生2092名，其中本科生1789名，硕士研究生273名，博士研究生30名。