機械工程學院成立于1997年，是天津大學最具實力的學院之一。機械工程學院下設機械工程、力學、動力工程及工程熱物理3個一級博士點學科和博士后流動站，含14個二級博士點、17個碩士點、4個工程碩士點，以及機械設計制造及其自動化、工程力學、能源與動力工程、工業設計4個本科生專業。其中，機械設計及理論、動力機械及工程、流體力學為國家重點學科，一般力學與力學基礎為國家重點（培育）學科，固體力學、機械制造及其自動化、工程熱物理為天津市重點學科。機械工程學院建有國家工科機械基礎課程教學基地、國家工科力學基礎課程教學基地，以及機械工程、力學、能源與動力工程3個國家級實驗教學示范中心。此外，機械工程學院建有內燃機燃燒學國家重點實驗室、機構理論與裝備設計教育部重點實驗室、中低溫熱能高效利用教育部重點實驗室、先進陶瓷與加工技術教育部重點實驗室（與材料科學與工程學院共建）、天津市裝備設計與制造重點實驗室、天津市現代工程力學重點實驗室、天津市非線性動力學與混沌控制重點實驗室、科技部地熱研究培訓中心等國家級和省部級科研基地，以及內燃動力工程學科創新引智基地和復雜裝備機構理論與設計技術創新引智基地。

機械工程學院下設機械工程、力學、能源與動力工程3個系級單位。其中，機械工程是北洋大學（天津大學前身）最初設立的4個學門之一，也是中國最早的機械工程學科。機械工程學院現有在職教工320余名，師資力量雄厚，其中包括中國科學院院士1名，中國工程院院士3名（含雙聘院士1名），國家杰出青年科學基金項目獲得者3名、優秀青年科學基金項目獲得者3名，國家“萬人計劃”中青年科技創新領軍人才4名；教授/研究員89名，副教授/副研究員97名，講師34名；具有博士學位的教師193名，博士生導師181名，碩士生導師207名。“復雜裝備機構理論與設計技術研究”、“內燃機高效、低污染工作機理及技術研究”、“流動穩定性、轉捩及湍流計算”先后入選教育部創新團隊，“高效、低污染內燃動力設計理論及方法”、“高端裝備機構理論與設計”先后入選科技部重點領域創新團隊。