学院前身是交通大学机械工程系的有关专业系科，其中，材料学系的前身是1952年成立于上海的交通大学金属材料及热处理专业；材料加工工程系的前身是1952年成立于上海的交通大学铸造、焊接和锻压专业，主体部分于1957年迁至西安；材料物理与化学系的前身是二十世纪八十年代创办的腐蚀与防护专业和高分子材料专业。

1963年，经国家科委和高教部批准，学校成立专职金属材料及强度研究室。

1979年，学校在研究室的基础上成立研究所。

1983年，学校以金属材料及热处理专业为基础成立材料科学与工程系。

1988年，学校金属材料及热处理专业被评为全国首批重点学科。

1994年4月8日，学校成立材料科学与工程学院。

2002年底，材料学科调整和整合，学校将原设在本校机械工程学院的材料加工工程系调整到材料学院。

2007年，学院材料科学与工程学科被评为首批一级国家重点学科。

2017年，学院材料科学与工程学科入选国家双一流建设计划。