机械与车辆学院由始建于1940年的延安自然科学院机械工程科发展而成。2002年，车辆与交通工程学院、机械工程及自动化学院、校附属工厂合并为机械与车辆工程学院。2009年，由“机械与车辆工程学院”更名为“机械与车辆学院”。2009年以来，撤销原交通工程系，将机械制造自动化系、工业工程系合并组建制造工程系，将原热能与动力工程系更名为现能源与动力系。2012年，设立地面机动装备实验教学中心、基础实验与创新中心系级单位。2014年，暂停交通运输学科专业招生。2016年国际学科评估中，机械工程被评定为整体“亚洲一流水平”。2017年教育部学科评估中，机械工程为A类学科（全国并列第5）。2018年“动力工程及工程热物理”获批一级学科博士学位授权点，2019年获批“光机电微纳制造科学与技术” 北京高校高精尖学科，机械工程进入USNews排名世界前50强。2019年，学院下设车辆工程系、能源与动力系、制造工程系、机电科学基础部、工程训练中心、机电基础实实验教学中心和学院办公室7个系级单位，系、部下设18个研究所。