学院办学历史悠久，其前身为交通大学创建于1921年的机械工程科动力组，1952年成立动力机械系，1956年随学校主体迁往西安，是当时交通大学整体西迁的系之一。1975年与工程物理系部分专业合并后，调整为动力机械一系和动力机械二系；1983年4月，分别更名为能源与动力工程系和动力机械工程系。1994年4月西安交通大学院系调整，上述两系正式合并成立能源与动力工程学院。2004年原环境与化学工程学院主体并入，能源与动力工程学院成为集能源动力、能源环境、能源化工等领域人才培养和学科研究于一体的综合性学院。2012年，化工过程机械系与化学工程系独立成立新的化学工程与技术学院。