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。1962年3月，學校根據冶金工業部的通知，停辦冶金機械專業。1962年4月，學校決定撤銷機電系，其所屬的“礦山機電”專業劃歸采礦系。1962年6月，學校暫時停辦“建筑機械”專業。
1970年12月，在冶金工業部教育革命座談會上確定，恢復“建筑機械”專業，增設“工業電氣自動化”專業，1971年3月，學校恢復機電系，在當年召開的全國教育工作會議期間，學校將“礦山機電”專業改名為“礦山機械”專業。1979年10月，冶金工業部在沈陽召開教育工作會議，決定將我校“建筑機械”“礦山機械”兩個專業合并為“機械工程”專業。1984年11月，冶金工業部召開教育規劃與改革工作會議，會議決定，將我校“機械工程”專業分建為“礦業機械”和“起重運輸與工程機械”專業。
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“礦業機械”和“起重運輸與工程機械”兩個專業，自動控制系下設“工業電氣自動化”和“計算機科學與技術”兩個專業。
1993年，在“起重運輸與工程機械”專業正常招生的情況下，還在該專業下招收“設備工程與管理”專業方向學生，“礦業機械”專業按“機械電子工程”專業方向招生。1994年學校將“礦業機械”和“起重運輸與工程機械”兩個專業合并為“機械設計與制造”專業，增設“機械電子工程”“設備工程與管理”兩個本科專業。1995年機械工程系與陜西省勞動廳西安高級職業技術培訓中心（簡稱高培中心）聯合，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”三個本科專業統一更名為“機械設計制造及其自動化”專業，并從1999年起正式招生。1999年，學院增設“工業設計”專業并招生，該專業兼招工科和藝術類考生，2002年，該專業劃歸藝術學院。2000年，學院開始籌辦“電氣工程及其自動化”專業，并于當年正式招生。2011年學院新增“工程機械”專業并招生，該專業于2013年更名為“機械工程”專業。2012年學院新增“機械電子工程”專業并招生，2015年學院新增“車輛工程”專業并招生。
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。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。
