1988年秋，同濟大學“機械設計及制造”專業（服務方向為汽車設計及制造）正式向全國招生。同濟大學在機械工程系下設立汽車教研室，成立汽車研究室。
1991年4月，汽車工程系正式成立。下設工程機械專業、汽車專業、熱能動力與裝置專業，1996年重組成新的汽車工程系，包括汽車專業和車用發動機專業。1999年7月29日，同濟大學汽車營銷管理學院成立。2002年，同濟大學新能源汽車工程中心成立。
2002年4月28日，在汽車工程系、新能源汽車工程中心、汽車營銷管理學院的基礎上，同濟大學汽車學院正式成立。2004年9月，汽車學院全體遷入位于上海國際汽車城的同濟大學嘉定校區。
學院設有機械工程一級學科博士后流動站、管理工程一級學科博士后流動站、車輛工程博士點、動力機械及工程博士點、車輛工程碩士點、動力機械及工程碩士點和車輛工程學士點。
截止至2009年底，汽車學院在職教工109名，其中教師78名，教授25名（其中24名為博士生導師），副教授21名。汽車學院聘請中國工程院院士郭孔輝教授為兼職博士生導師和大眾-同濟汽車研究院院長；聘請多名國內外著名汽車專家為兼職教授或客座教授。汽車學院與多個國家及地區的政府、高校、科研機構、企業有著廣泛的科研協作關系、學術交流和人員交流。
汽車學院擁有世界先進水平的汽車及發動機研發試驗設備，如汽車轉鼓試驗臺、汽車廢氣排放測試分析儀、汽車道路模擬振動臺，整車半消聲室以及三坐標儀等。目前已建成上海地面交通工具風洞中心和汽車造型研究中心。
截至2009年底，在讀全日制本科生980余人，碩士生398人，博士生86人，工程碩士267人，中德學院碩士生71人。本科培養為5年制，其中一年為主修德語或法語（二外）。碩士生培養2.5年制，博士生培養3年制。