上海电机学院的前身是上海电器制造学校，1953年由第一机械工业部创办，由第一机械工业部电器工业管理局筹建，在调入原上海市上海中学部分工科班、国立上海高级机械职业学校部分青年产业工人班和干部班、上海工业学校部分青年产业工人班的基础上组建而成，为部属重点中等专业学校，校址设在闵行区江川路690号。初时校名为“中央第一机械工业部上海电器工业学校”，1954年改名为第一机械工业部上海电器制造学校。

1956年，学校更名为电机制造工业部上海电机制造学校。

1958年2月，一机部、二机部和电机制造工业部合并成立新的第一机械工业部，上海电机制造学校同年改属上海市第一机电工业局。

1958年10月，全国人大常委会委员长刘少奇亲临学校视察，充分肯定学校“学校工厂合一，教学生产并重”的办学模式和办学成绩；同年，中共上海市委教育卫生部副部长赵行志组织全市中专学校在上海电机制造学校召开勤工俭学经验交流现场会。

1960年，上海电机制造学校被授予全国文化教育卫生战线先进集体称号。20世纪60年代，又创立了风靡全国的“蔡德泰教学法”。

1962年，又归第一机械工业部领导，学校更名为第一机械工业部上海电机制造学校；同年，上海动力机器制造学校并入。

1965年，学校划归上海市。1970年，学校被迫解散。

1978年，学校复校，更名为上海市电机制造学校，举办全日制中等专业教育，隶属上海市第一机电工业局。

1985年，经上海市报送国家教委批准，试办五年制技术专科，是当时全国首批三所试点学校之一，同时更名为上海电机制造技术专科学校。学校采用五年制大专与四年制中专套办的新学制，招收初中毕业生，学习2年后分流，其中40%升入大专。

1987年，上海市第一机电工业局职工大学闵行分部（成立于1982年）并入学校。

1992年，经国家教委批准，学校更名为上海电机技术高等专科学校。学校隶属于上海电气（集团）总公司，教学业务由上海市教育委员会领导。

1995年，国家教委在学校召开"五年制高等职业技术学校试点工作总结会"，充分肯定了学校在五年制高职的试点工作中发挥的示范和骨干作用。

1998年，上海机电工业职工大学一分校（成立于1978年）和上海机电工业职工中等专业学校（成立于1983年）并入。

2001年，被上海市政府授予"市级文明单位"光荣称号，被上海市语言文字工作委员会评为"上海市教育系统语言文字工作先进集体"。

2002年4月，上海电气（集团）总公司和上海市机电工会依托学校，创办“上海电气李斌学校”，后于2003年8月升级更名为“上海电气李斌技师学院”，这是全国首家以劳模名字命名的技师学院。

2002年7月，在国务院召开的全国职业教育工作会议上，国家教育部、劳动和社会保障部、国家经济贸易委员会授予学校“全国职业教育先进单位”光荣称号。9月，被教育部批准为“全国高职高专重点建设院校”。12月，被上海市教委列入上海市10所示范性高职高专院校建设院校之一。

2004年3月，上海机电工业职工大学（于1987年由机电局职大、电器公司职大等8所职工大学合并组成）、上海市机电工业学校（成立于1951年）并入上海电机技术高等专科学校。学校设有三个校区，即校本部江川路校区、军工路校区、文井路校区。

2004年9月，经上海市人民政府批准，升格为全日制普通本科院校，更名为上海电机学院。

2007年，被增列为学士学位授予权单位。

2008年，获国家人力资源和社会保障部颁发的国家技能人才培育突出贡献奖。

2008年12月，学校临港校区一期工程项目获上海市发展和改革委员会批准，并于2009年1月奠基开工。同年，原上海电机学院杨浦校区（军工路1100号）划转上海理工大学。

2010年6月，被教育部批准为首批“卓越工程师教育培养计划”高校。

2011年10月，学校被国务院学位委员会列为“服务国家特殊需求人才培养项目”专业学位研究生试点单位，开始硕士研究生教育。同年，位于浦东新区的上海电机学院临港校区一期工程顺利完工，学校本部正式搬迁至临港校区。

2012年，“电气工程”被纳入“上海市一流学科建设计划”监测范围。

2013年， “电力电子与电力传动”和“机械制造及其自动化”顺利通过上海市教委重点学科验收。

2013年，学校获批成为上海市高校技术转移中心，同时获批成为上海市专利试点建设单位。

2013年8月22日，经市政府批准，原隶属上海电气（集团）总公司管理的上海电机学院划归市教委管理。8月23日，在上海市第一批行业高校划转工作会议上，上海电机学院正式划转上海市教育委员会管理，并由上海市教委与上海电气集团签署协议合作共建。

2017年5月，学校被授予为“全国地方高校卓越工程教育校企联盟、cdio工程教育联盟”第一届常务理事单位。8月，被上海市教委认定为上海市首批深化创新创业教育改革示范高校。同年，学校获批建设上海市专利工作示范单位。

2018年1月，学校入选教育部首批国家级新工科研究与实践项目；同月，学校与临港集团签署战略合作协议。4月3日，学校与上海中医药大学签署战略合作协议。6月，首批入选上海高等学校一流本科建设引领计划。9月，上海电机学院等5所高校共同发起组成的“临港区域高校联盟”成立大会在学校召开。

2019年4月，首批入选上海高等学校一流研究生教育引领计划。11月，临港开放市民大学在上海电机学院成立。

2020年，学校被国务院学位委员会审议批准为硕士学位授予单位。

2021年，学校获批上海市学位点培优培育计划，启动博士学位授予单位建设。

2022年1月5日，上海电机学院与上海临港经济发展（集团）有限公司举行新一轮战略合作协议签约仪式。11月28日，上海电机学院产教融合推进大会正式开幕，临港新片区管委会与上海电机学院共同签署《战略合作框架协议》，上海电机学院还分别与上海电气集团股份有限公司签署《全面战略合作框架协议》，与临港集团签署《共建产教融合示范区发展研究中心协议》，与积塔半导体签署《共建车规芯片工程实现联合实验室协议》，与中国商飞上海上飞公司、东航技术、春秋航空签署《共建航空产业学院协议》。

2023年10月，“三线精神传承馆”在上海电机学院临港校区开馆。

2024年5月31日7时39分，由上海电机学院微纳卫星智能制造团队与航天专业公司及相关研究院所合作研制并冠名的人造卫星“一号卫星”搭载谷神星一号（遥十二）火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。7月，上海电机学院与上海理工大学签署共建航空智能材料与结构研究院协议。9月19日，上海电机学院航空学院正式成立，上海电机学院被上海市航空学会授牌为上海市航空学会副理事长单位。10月20日，“上海电机学院中欧新能源研究中心”正式揭牌成立。同年，入选“上海高校服务促进高质量发展”试点高校。

2025年3月，上海电机学院机械学院和电气工程及其自动化专业入选上海市应用型本科高校人才培养改革试点。