機電工程學院成立于1998年4月，其前身是1960年8月12日成立的機電系，時設“礦山機電”“冶金機械”“建筑機械”三個五年制本科專業(yè)。1962年3月，學校根據冶金工業(yè)部的通知，停辦冶金機械專業(yè)。1962年4月，學校決定撤銷機電系，其所屬的“礦山機電”專業(yè)劃歸采礦系。1962年6月，學校暫時停辦“建筑機械”專業(yè)。

1970年12月，在冶金工業(yè)部教育革命座談會上確定，恢復“建筑機械”專業(yè)，增設“工業(yè)電氣自動化”專業(yè)，1971年3月，學?；謴蜋C電系，在當年召開的全國教育工作會議期間，學校將“礦山機電”專業(yè)改名為“礦山機械”專業(yè)。1979年10月，冶金工業(yè)部在沈陽召開教育工作會議，決定將我?！敖ㄖC械”“礦山機械”兩個專業(yè)合并為“機械工程”專業(yè)。1984年11月，冶金工業(yè)部召開教育規(guī)劃與改革工作會議，會議決定，將我?！皺C械工程”專業(yè)分建為“礦業(yè)機械”和“起重運輸與工程機械”專業(yè)。

1986年，學校將機械電氣工程系分為機械工程系和自動控制系，機械工程系下設“礦業(yè)機械”和“起重運輸與工程機械”兩個專業(yè)，自動控制系下設“工業(yè)電氣自動化”和“計算機科學與技術”兩個專業(yè)。

1993年，在“起重運輸與工程機械”專業(yè)正常招生的情況下，還在該專業(yè)下招收“設備工程與管理”專業(yè)方向學生，“礦業(yè)機械”專業(yè)按“機械電子工程”專業(yè)方向招生。 1994年學校將“礦業(yè)機械”和“起重運輸與工程機械”兩個專業(yè)合并為“機械設計與制造”專業(yè)，增設“機械電子工程”“設備工程與管理”兩個本科專業(yè)。1995年機械工程系與陜西省勞動廳西安高級職業(yè)技術培訓中心（簡稱高培中心）聯(lián)合，組建西安建筑科技大學機電工程學院。1998年4月22日，學校正式撤銷機械工程系，成立機電工程學院，并舉行掛牌儀式。

1998年，教育部進行本科專業(yè)目錄調整，將“機械設計與制造”“機械電子工程”“設備工程與管理”三個本科專業(yè)統(tǒng)一更名為“機械設計制造及其自動化”專業(yè)，并從1999年起正式招生。1999年，學院增設“工業(yè)設計”專業(yè)并招生，該專業(yè)兼招工科和藝術類考生，2002年，該專業(yè)劃歸藝術學院。2000年，學院開始籌辦“電氣工程及其自動化”專業(yè)，并于當年正式招生。2011年學院新增“工程機械”專業(yè)并招生，該專業(yè)于2013年更名為“機械工程”專業(yè)。2012年學院新增“機械電子工程”專業(yè)并招生，2015年學院新增“車輛工程”專業(yè)并招生。

1993年學院獲準“機械設計及理論”二級學科碩士點，1995年學院獲準“機械電子工程”二級學科碩士點；2001年學院獲準“機械工程”領域工程碩士學位授予權；2003年學院與中國重型機械研究院共同申報并獲準“機械設計及理論”二級學科博士點；2005年學院獲準“機械工程”一級學科碩士點，增設“機械制造及其自動化”及“車輛工程”二級學科碩士點；2013年增設汽車電子與電氣二級學科碩士點（自設）；2014年獲準電氣工程專業(yè)學位碩士點。目前，“機械設計及理論”為陜西省重點學科。

學院實行“院-所”結構，現有機械動力學理論與應用、機電系統(tǒng)檢測與控制、先進制造技術、車輛新能源動力技術、電工程及自動化等5個研究所和1個機電工程實驗中心，同時設立專職機構“學科建設研究室”和 “系”，負責學院學科、專業(yè)建設的各項工作。學院擁有教育部耐磨材料與技術工程研究中心、陜西省耐磨材料工程技術研究中心、陜西省納米材料與技術重點實驗室、西安市清潔能源重點實驗室等4個科研平臺，擁有省級機電工程實驗教學示范中心1個。

學院目前共有機械設計制造及其自動化、電氣工程及其自動化、機械工程、機械電子工程和車輛工程五個本科專業(yè)。截止2020年12月，學院在冊教職工116人；在籍學生2092名，其中本科生1789名，碩士研究生273名，博士研究生30名。