机电学院历史悠久，源于北洋大学、浙江大学、交通大学和中央大学等当时众多著名高等学府的机械与航空制造等相关学科，汇集了南北两大工科学脉。在八十余年的发展历程中，已为国防科技工业和国民经济建设培养输送了众多领军人物和科技人才。
著名教授潘承孝、杨彭基、姜长英、李寿萱、彭炎午、周广诚、濮良贵、孙桓等先后执教于此。这里走出了史绍熙、陈秉聪、雷廷权、傅恒志、唐长红等一批声名卓著的院士。培养出曾慎达、马中平、郝鹏、米东等政、军界领导；吴伟仁、杨海成、唐军等国防企事业单位80余位总师级领军人物；吴长江、蔚飞等一批知名民营企业家。
2002年，学校实行校院系三级管理体制改革，将原飞行器制造工程系与原机械系合并成立了机电工程学院，2003年更名为机电学院。
目前，学院有5个专业系，分别是航空宇航制造工程系、机械工程及自动化系、微系统工程系、工业工程系、工业设计系；有机械基础等3个实验教学中心；有2个国家级机械基础课程教学基地；此外，还建有机械设计、舞蹈机器人、微/纳米“小精灵”等8个面向全校开放的大学生科技创新基地。
学院人才培养规模现居全校首位，其中本科生1400余人，研究生1200余人。多年来培养了一大批秉承西工大校训、校风的优秀人才，为国防建设、国民经济发展做出了重大贡献。
学院设有飞行器制造工程、机械设计制造及自动化、车辆工程、工业设计、产品设计、工业工程、机械电子工程、微机电系统工程、机械工程（国际班）等9个本科专业。其中，国家特色专业1个、卓越工程师培养试点专业2个、国家新兴战略产业相关专业1个、创新型国家发展战略重点专业1个、国防重点建设专业2个、陕西省名牌专业3个。现有国家级精品课程7门（含2门网络精品课程），陕西省精品课程9门，形成了“国家精品课程”群。
学院拥有13个硕士点和11个博士点以及4个博士后流动站，3个研究生创新实验室。其中，航空宇航制造工程与机械电子工程学科为国家重点学科，微机电系统及纳米技术等6个学科为省部级重点学科。2012年1人获得“全国百篇优秀博士学位论文”。有现代设计与集成制造技术、空天微纳系统和机电传动与控制工程等3个省部级重点实验室。
学院始终将先进制造技术、高端制造装备技术、微纳米系统技术等作为重点发展方向，近五年来先后承担国家级科研项目达240余项，年科研经费名列全校前3名。
“十一五”以来，科学研究硕果累累，获得国家科学技术奖5项，其中，2010年、2011年和2012年连续3年获得国家技术发明二等奖，1项成果入选2006年度“中国高等学校十大科技进展”；获得省部级科学技术一等奖9项，授权国家技术发明专利200余项。获国家级教学成果二等奖2项，省级教学成果奖13项，其中特等奖3项。学院建有4个省部级产学研合作机构和8个国际联合研究机构。
学院师资力量雄厚，名师荟萃。学院现有教授40人、副教授84人，博士生导师32人。其中有双聘院士3人，长江学者2人；国家级教学名师 2人，国家级教学团队2个，省级教学名师 7人，省级教学团队3个；另外还聘有校外兼职教授20余人。