機械工程學院的前身為石油機械系，創建于西安石油學院建院的1958年。經過六十余年的建設和發展，學院在石油行業、石化行業及西北地區有一定的影響力，所培養的學生受到社會各界的廣泛好評，就業率長期保持在95%以上。
學院設有機電工程系、化工機械系、工業設計系、土木工程系和院實驗中心。鄠邑校區有8個本科專業實驗室、2個省級實驗教學示范中心、1個教學CAD機房、1個資料室，雁塔校區有兩個一級學科實驗室及科研實驗室，實驗室總面積約8500平方米。
學院開設機械設計制造及其自動化、機械電子工程、過程裝備與控制工程、能源與動力工程、工業設計、土木工程等6個本科專業，其中，機械設計制造及其自動化為國家級特色專業、陜西省一流專業、陜西省特色專業、陜西省名牌專業，過程裝備與控制工程為國家一流專業、陜西省一流專業、陜西省特色專業、陜西省名牌專業。學院有“機械工程”、“動力工程及工程熱物理”2個一級碩士授權學科，包括“機械設計及理論”、“機械制造及其自動化”、“機械電子工程”、“車輛工程”、“化工過程機械”、“流體機械及工程”、“動力機械及工程”、“熱能工程”、“制冷與低溫工程”、“工程熱物理”10個二級學科方向，有機械領域和能源動力領域專業碩士授權資格，其中，機械工程學科為陜西省優勢學科。
學院與寶雞石油機械有限責任公司共建“陜西省石油鉆采裝備工程技術研究中心”，共同申報并獲批“國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心”。學院長期開展對外交流與合作，與寶雞石油機械有限責任公司、陜西汽車集團有限責任公司、山西風雷機械制造股份有限公司、江蘇建湖縣政府、蘭州石化公司、寧夏煉化分公司、洛陽石化分公司、江蘇如通股份有限公司等企業和地方政府建立了戰略合作關系，成立了石油機械、化工機械、深孔加工、特種車輛等聯合研究機構，合作進行科學研究和人才培養。
學院擁有職稱結構、年齡結構和學歷結構合理的師資隊伍，有教職工132名，其中，專任教師119名，包括教授（正高）24名、副教授（副高）27名，71名教師具有博士學位。有博士生導師和碩士生導師56名，陜西省優秀人才1名、省“三五”人才1名、享受“三秦人才津貼”專家2名、省科技新星1名、省級教學名師2名、省級師德標兵3名，省級教學團隊2個。
學院在讀本科學生2110名、全日制碩士研究生292名、非全日制碩士研究生56名。畢業生就業率連續21年保持在95%以上。學院注重學生綜合素質和能力的培養，堅持產、學、研相互促進，協調發展。近五年，主持國家級、省部級、地市級科研項目60余項、企業合作科研項目180余項，年均科研經費約1800萬元；發表科研和教學論文800余篇，其中，SCI/EI/CPCI檢索200余篇；出版專著和教材38部；授權發明專利28件、實用新型83件、外觀專利174件；獲省部級、地市級科技進步獎13項。（資料截止2020年5月）
