上海交通大学材料科学及工程学院成立于1997年7月8日，由材料科学系和材料工程系合并而成。 1952年全国高等学校进行院系调整，材料科学系及材料工程系虽未成立，但所属专业已经创办，铸造工艺、金属热处理、金属压力加工专业教研室成立，归属机械制造系。 1952年设置铸工、锻工、热处理三个二年制专修科。 1953年第一次招收铸造、金属热处理、金属压力加工专业四年制本科学生，从1954年开始学制从四年制改为五年制。 1955年焊接专业教研室成立，并于当年开始招收本科制学生。 1957年交通大学分设西安部分与上海部分，部分师生及实验室迁至西安。同年上海造船学院、南洋工学院并入交通大学上海部分，其焊接专业及铸造专业转至交通大学。 1958年6月上海市决定，在交通大学上海部分成立冶金学院，后改为冶金系，设立钢铁冶金、金相热处理、钢铁压力加工、冶金机械设备和稀有金属冶炼五个专业。 1963年锻压、铸造、焊接三个专业由机械系转入冶金系，专业教研室名称照旧，学生培养计划不变。 1965年冶金系下属教研室有：高温合金冶炼、钢铁冶金、金属物理、金属学及热处理、锻压工艺及设备、铸造工艺及设备、焊接工艺及设备、物理化学。 1966年6月“文化大革命”开始，学生停课，学校一度将“系”撤消，实行“大队”编制，原冶金系人员编入“二大队”及“五大队”。 1970年8月上海交通大学归属国务院第六机械工业部领导，专业作适当调整。原高温合金和钢铁冶炼改为金属材料研究室，保留四个专业，即金属材料与热处理、铸造、锻压、焊接。 1977年9月全国恢复高考招生，学制为四年，毕业后授予学士学位，教育重新步入正规。 1978年金属学及热处理专业改称金属材料及热处理专业，并成立材料科学及工程研究所，同年原炼钢教研室改为复合材料研究室。 1981年热加工系更名为材料科学及工程系，设材料科学、金属材料及热处理、铸造、锻压、焊接五个专业。同年，上述五个专业获硕士学位授予权。 1985年复合材料研究所成立。 1988年5月材料科学及工程系分成材料科学系和材料工程系。 1991年金属基复合材料国家重点实验室通过国家验收，1992年1月正式对外开放。 1994年国家教委批准成立高温材料与高温测试开放实验室。 1994年8月锻压专业分离出去，另行建立塑性成形工程系。 1995年3月成立上海交通大学材料与化工研究院。 1996年4月获准成立模具CAD国家工程研究中心。 1997年7月成立材料科学与工程学院。 2000年3月获准成立轻合金精密成型国家工程研究中心。 2003年12月材料楼群（闵行校区）开工典礼。 2005年12月材料学院综合办公楼（材料A楼）竣工。 2006年2月材料学院激光制造实验楼（材料E楼）竣工，2006年3月落成典礼。 2006年5月材料学院制备楼（材料C楼）竣工。 2007年9月材料学院B楼竣工。 2007年10月材料学院D楼、F楼竣工。 2008年4月材料学院完成从徐汇校区迁至闵行校区。 2011年4月塑性成形工程系正式并入材料学院。
