机械工程学院成立于1997年，是天津大学最具实力的学院之一。机械工程学院下设机械工程、力学、动力工程及工程热物理3个一级博士点学科和博士后流动站，含14个二级博士点、17个硕士点、4个工程硕士点，以及机械设计制造及其自动化、工程力学、能源与动力工程、工业设计4个本科生专业。其中，机械设计及理论、动力机械及工程、流体力学为国家重点学科，一般力学与力学基础为国家重点（培育）学科，固体力学、机械制造及其自动化、工程热物理为天津市重点学科。机械工程学院建有国家工科机械基础课程教学基地、国家工科力学基础课程教学基地，以及机械工程、力学、能源与动力工程3个国家级实验教学示范中心。此外，机械工程学院建有内燃机燃烧学国家重点实验室、机构理论与装备设计教育部重点实验室、中低温热能高效利用教育部重点实验室、先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室（与材料科学与工程学院共建）、天津市装备设计与制造重点实验室、天津市现代工程力学重点实验室、天津市非线性动力学与混沌控制重点实验室、科技部地热研究培训中心等国家级和省部级科研基地，以及内燃动力工程学科创新引智基地和复杂装备机构理论与设计技术创新引智基地。
机械工程学院下设机械工程、力学、能源与动力工程3个系级单位。其中，机械工程是北洋大学（天津大学前身）最初设立的4个学门之一，也是中国最早的机械工程学科。机械工程学院现有在职教工320余名，师资力量雄厚，其中包括中国科学院院士1名，中国工程院院士3名（含双聘院士1名），国家杰出青年科学基金项目获得者3名、优秀青年科学基金项目获得者3名，国家“万人计划”中青年科技创新领军人才4名；教授/研究员89名，副教授/副研究员97名，讲师34名；具有博士学位的教师193名，博士生导师181名，硕士生导师207名。“复杂装备机构理论与设计技术研究”、“内燃机高效、低污染工作机理及技术研究”、“流动稳定性、转捩及湍流计算”先后入选教育部创新团队，“高效、低污染内燃动力设计理论及方法”、“高端装备机构理论与设计”先后入选科技部重点领域创新团队。