1988年秋，同济大学“机械设计及制造”专业（服务方向为汽车设计及制造）正式向全国招生。同济大学在机械工程系下设立汽车教研室，成立汽车研究室。
1991年4月，汽车工程系正式成立。下设工程机械专业、汽车专业、热能动力与装置专业，1996年重组成新的汽车工程系，包括汽车专业和车用发动机专业。1999年7月29日，同济大学汽车营销管理学院成立。2002年，同济大学新能源汽车工程中心成立。
2002年4月28日，在汽车工程系、新能源汽车工程中心、汽车营销管理学院的基础上，同济大学汽车学院正式成立。2004年9月，汽车学院全体迁入位于上海国际汽车城的同济大学嘉定校区。
学院设有机械工程一级学科博士后流动站、管理工程一级学科博士后流动站、车辆工程博士点、动力机械及工程博士点、车辆工程硕士点、动力机械及工程硕士点和车辆工程学士点。
截止至2009年底，汽车学院在职教工109名，其中教师78名，教授25名（其中24名为博士生导师），副教授21名。汽车学院聘请中国工程院院士郭孔辉教授为兼职博士生导师和大众-同济汽车研究院院长；聘请多名国内外著名汽车专家为兼职教授或客座教授。汽车学院与多个国家及地区的政府、高校、科研机构、企业有着广泛的科研协作关系、学术交流和人员交流。
汽车学院拥有世界先进水平的汽车及发动机研发试验设备，如汽车转鼓试验台、汽车废气排放测试分析仪、汽车道路模拟振动台，整车半消声室以及三坐标仪等。目前已建成上海地面交通工具风洞中心和汽车造型研究中心。
截至2009年底，在读全日制本科生980余人，硕士生398人，博士生86人，工程硕士267人，中德学院硕士生71人。本科培养为5年制，其中一年为主修德语或法语（二外）。硕士生培养2.5年制，博士生培养3年制。