1910年11月，筹建了浙江中等工业学堂，许炳堃就任为校长。

1911年3月27日，浙江中等工业学堂正式开学，设机械、染织二科。

1911年10月因战事影响学校暂时停办。

1912年3月15日复课，改称浙江公立中等工业学校。

1913年更名为浙江公立甲种工业学校。

1914年7月，甲种工业学校第一届学生毕业，计染织科15人，机械科9人。

1916年，改为浙江省立甲种工业学校。

1920年秋升格为浙江公立工业专门学校，设电气机械科和应用化学科。附设的甲种工业学校的甲种讲习班分机械、电机、应用化学染织4科。

1924年初，许炳堃辞去校长一职，由徐崇简担任。

1927年，李熙谋任校长。

1927年7月15日第三中山大学成立，8月改组浙江公立工业专门学校为工学院，建有机械科，李熙谋改任院长。原来附设之甲种工业学校，已分别改称五年期职业、三年期职业，至此时也分别定名为高级工科职业学校。

1928年4月第三中山大学改称浙江大学，工学院也随之改称浙江大学工学院。同年7月1日，改称国立浙江大学工学院，并将附设高级工科职业学校改为附设高级工科中学（1933年8月改名“国立浙江大学代办浙江省立高级工业职业学校”，1935年9月改称“国立浙江大学代办浙江省立杭州高级工业职业学校”）。

1930年8月，工学院按照大学组织法规定，改称科为学系。1932年增设机械工程学系，系主任为陈大燮。6月李熙谋辞职，院长由程校长暂行兼代。7月聘薛绍清为院长。

1949年6月，设在金华市的国立英士大学工学院、农学院及文理学院的数学系、物理学系、中国文学系等院系的学生及部分教职员工转入浙江大学；英士大学的主要图书、仪器移交给浙大。到8月10日接受工作基本完成。
1950年国立浙江大学更名浙江大学。

1951年，之江大学停办，原之江大学机械系并入浙江大学机械系。同时并入的还有厦门大学机械系、华东交通工业专科学校的机械科部分。机械系由动力组(陈运铣、洪建吉)和制造组（柯元恒）组成。

1952年院系改革，赵仲敏任（代理）系主任，1953-1973年白郁筠任系主任。

1953年机械系学制定为４－５年，动力组分出成为电机系，机械系分成四个专业（机制、金属切削机床及工具、铸造工艺及装备、光学仪器），同时有二年制专修科三个专业（金工、铸工、刀具），办两年即停止，主要是调干生。

1958年增加了7个专业（水力机械、内燃机、农业机械、矿山机械、金属压力加工、冶金、特种加工（程耀东）），一年内又分出：光仪、冶金、农机三个专业，矿山机械专业下马，特种加工调整合并。

1960年杭州工学院并入浙江大学。

1966年水力机械专业更名为液压专业，1979年更名为流体传动及控制专业，1984年浙江大学流体传动及控制研究所成立。

1977年恢复高考，铸造、金相分到材料系，光仪成立光仪系，在内燃机专业的基础上成立了浙江大学热物理系。

1981年机械系系主任全永昕，系副主任童忠钫、宋金池。

1982年成立浙江大学科学技术研究所机械分所，所长童忠钫，副所长路甬祥。

1984年系主任童忠钫，副主任陈秀宁、梁钟。

1979年成立浙大CAD/CAM中心。

1992年系主任冯培恩 (兼轻工学院副院长)，副系主任陈子辰。

1996年谭建荣任系主任。

1999年机械系与能源系、力学系组成浙江大学机械与能源工程学院，系主任谭建荣兼学院副院长。

2009年机械系重新系实运转，系主任谭建荣，系党委书记李伟。

2014年机械系正式更名为机械工程学院，院长谭建荣，院党委书记李伟。