本班於2001年8月成立，初成立時分設「能源與冷凍空調組」、「機電整合組」、「車輛工程組」、「資訊工程組」、「電機工程組」、「電子工程組」等六組。2002年時再加入「製造科技組」，共計七組。2003年再加入「光電工程組」及「自動化科技組」，共計九組。

       2007年「資訊工程系(所)」、「電機工程系(所)」、「電子工程系(所)」及「光電工程系(所)」由機電學院分出，另成立「電資學院」，因此本班「資訊組」、「電機組」、「電子組」及「光電組」同時分出，留下有「機電整合組」、「製造科技組」、「車輛工程組」、「自動化科技組」、「能源與冷凍空調組」等五組招收博士班學生。

       由於本班之研發能量持續擴充，以及外部之人才培育需求提升，「冷凍空調組」於2007年8月獨立成立能源與冷凍空調研究所博士班；「製造科技組」於2013年8月獨立成立製造科技研究所博士班，再度由本班獨立出來。故本班自2014年起，招生組別計有「機電整合組」、「車輛工程組」、「自動化科技組」等三組。

       本班為整合型研究所，統合機電學院院內各研究所教師之專長而設立，為避免與本院機電整合研究所混淆，故本班於2014年9月正式更名為「機電學院機電科技博士班」。