新中国成立后百业待兴，国家建设突飞猛进。为适应我国经济建设发展、第一汽车制造厂的兴建及其对专门人才的需要，国家计划创建长春汽车拖拉机学院。
1955年，长春汽车拖拉机学院成为新中国第一所专门培养汽车、拖拉机、农业机械人才的高等学府。机械制造系应运而生，成为建校初期仅有的2个系之一，同年开始招收研究生。1958年，长春汽车拖拉机学院更名为吉林工业大学，机械制造系调整为机电制造系。1962年，机电系调整为机械二系。1983年，机械二系调整为机械工程系。1997年12月，吉林工业大学机械工程系、工程机械系合并，整合农机工程学院相关师资，组建机械科学与工程学院。2000年，原吉林大学、长春科技大学、长春邮电学院相关专业以及原吉林工业大学力学系整体并入，成立吉林大学机械科学与工程学院。2018年6月，成立机械与航空航天工程学院。2018年1月，工程训练中心划归学院管理；11月，链传动研究所依托学院统筹管理。
学院的机械工程学科于2007年被遴选为一级学科国家重点学科。2017年，统筹建设的机械电子工程学科被遴选为国家国防特色学科。在国家“双一流”建设中，以机械工程作为牵头学科的机械与仿生工程学科群，被教育部批准为吉林大学重点建设的一流学科群。在全国第五轮学科评估中，机械工程学科评估结果为A。工程学ESI排名进入全球前1‰。
1981年，计算力学、机械制造、机械学、工程机械获全国首批硕士点。1986年，固体力学、工程机械专业获博士学位授予权。1991年，机械制造专业获获博士学位授予权。1998年，在汽车工程学院车辆工程学科的重要支撑下，学院获机械工程一级学科博士学位授权点。2011年，学院获全国首批先进制造领域工程博士学位授权点。2018年，学院获力学一级学科博士学位授权点。目前建有机械工程和力学2个博士后科研流动站。
学院拥有国家工科机械基础课程教学基地、国家级机械基础实验教学示范中心、国家级工程实践教育中心、国家级机械虚拟仿真实验教学中心、全国工程专业学位研究生联合培养示范基地、教育部高等学校机械虚拟仿真教学创新实验室等6个国家级人才培养平台。机械工程、工业工程入选国家级一流本科专业，工程力学、智能制造工程入选吉林省一流本科专业。建有9门国家级一流本科课程、10部国家级规划教材。
学院建有数控装备可靠性教育部重点实验室等10余个部省级科技创新平台，建设吉林大学智能制造研究院、吉林大学航空航天工程研究院和吉林大学重庆研究院等新型研发机构，交叉建设汽车底盘集成与仿生全国重点实验室、工程仿生国家地方联合工程实验室。吉林大学链传动研究所，是国际标准技术组织ISO/TC100秘书处、全国链传动标准化技术委员会（SAC/TC164）秘书处、中国机械工业标准化技术协会链传动专业委员会秘书处承担单位，建有国家链条质量检验检测中心。
学院在编教职工287人，其中专任教师153人（教授68人、副教授54人）、国家级高层次中青年人才15人次、唐敖庆学者23人、在站博士后19人。2025年1月，获批“国家级引智平台”。获得国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家级教学成果奖等一批国家和部省级奖励。
经过70年的建设，学院已发展成为在校本科生1500余名、研究生1100余名的卓越人才培养与科技创新基地。培养了以中国科学院院士王立鼎、闫楚良和中国工程院院士马玉山为代表的2万余名毕业生，为我国装备制造业的发展做出了重要贡献。
未来，学院将以国家“双一流”建设为契机，秉承机械工程一级学科国家重点学科优势特色，围绕“四个服务”和“四个面向”，致力于一流科技创新、卓越工程师和行业领军人才培养，不忘初心、砥砺前行，为落实立德树人根本任务、实现中华民族伟大复兴的中国梦不懈奋斗！