機械工程學院前身為創建于1959的原隸屬于原核工業部的衡陽礦冶工程學院機械工程系。學院現有機械設計制造及其自動化、材料成型及控制工程、過程裝備與控制工程、能源與動力工程、車輛工程、智能制造工程等6個本科專業，其中機械設計制造及其自動化專業為湖南省重點專業、教育部卓越工程師培養計劃專業、湖南省普通高校“十三五”綜合改革試點專業；過程裝備與控制工程為國家管理專業。學院機械工程學科為湖南省重點學科，具有機械工程一級學科碩士、機械工程領域工程碩士學位授予權。擁有湖南省高校科技創新團隊、湖南省高校重點實驗室、中核集團重點學科實驗室、中核建重點實驗室、中德共建湖南省工業4.0實驗室暨智能化企業孵化工程中心等省部科研平臺5個；擁有湖南省研究生創新培養基地、湖南省卓越工程師人才培養校外實踐教育基地、湖南省校企合作人才培養示范基地等省部教學實踐平臺5個。

學院現有教學科研人員90人，其中教授21人，博士生導師、碩士生導師26人，具有博士學位教師35人，全國模范教師1人，全國優秀教師2人，湖南省學科帶頭人、湖南省新世紀“121”人才工程人選5人。近年來，承擔了國家863計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、國防基礎科研重點項目、全國高等教育科學規劃課題等科研、教研課題共100余項。在數控加工技術、激光加工技術、熱噴涂技術、過程與設備工況監測與控制等方面開展了卓有成效的工作，部分成果處于國際先進或國內領先水平，獲國家科技進步二等獎、國防科學技術獎、部省級科技進步獎、國家級優秀教學成果獎、省級教學成果獎10余項。

學生積極參加科技活動，獲得全國機械創新設計大賽一、二等獎、“挑戰杯”全國大學生課外學術作品大賽三等獎、湖南省大學生創業計劃競賽銀獎及湖南省機械創新設計大賽一、二、三等獎等60余項。研究生獲得美國大學生數學建模競賽國際一等獎和二等獎多項，獲湖南省優秀碩士論文多篇。

學院畢業生主要分布在珠三角、長三角、環渤海等地區，能勝任國防工業、核工業、能源、環保、醫藥、冶金、機械制造等相關領域的科學研究、設計制造、自動控制、運行管理、應用研究以及科學研究等工作。