1956年为机械科学研究总院的创立元年，全国一届人大的提议和第一机械工业部的决策是总院成立的法律依据，提升中国装备制造水平是总院的神圣历史使命。
作为我国机械行业成立最早、也是最大的综合性研究机构，近五十年来，机械科学研究院在我国机械科学的发展、机械行业的技术进步、国家重大工程项目的建设、重点军工产品的研制以及人才的教育培养等方面做出了重要贡献。
1999年6月，十个国家局所属242个科研院所作为改革的试点单位进行转制，原机械工业部直属的六所（哈尔滨焊接研究所、沈阳铸造研究所、郑州机械研究所、武汉材料保护研究所、北京机械工业自动化研究所、北京机电研究所），两院（原机械科学研究院和机械工业第一设计研究院），重组后整体转制为现在的机械科学研究院。
2002年，机械科学研究总院确定了母子公司集团管理模式,通过改革和调整，形成了以产权关系为纽带的集团管理架构,成为拥有一个核心管理机构，9个直属研究、设计单位，和1个控股股份公司的中央直属大型科技企业集团。院部设有科技发展部、企划管理部、人力资源部、财经审计部、行政事务部和党群工作部六个职能部门，其工作重心是：发展战略、发展规划、技术领域扩展、投资决策与管理、内部技术经济政策、计划目标管理和干部队伍建设等。下属哈尔滨焊接研究所、沈阳铸造研究所、郑州机械研究所、武汉材料保护研究所、北京机械工业自动化研究所、北京机电研究所、机械工业第一设计研究院、机械工业工程机械军用改装车试验场、机械工业生产力促进中心等12个全资子公司和2个控股公司。
至2003年底,机械科学研究总院占用土地面积276万平方米，总资产16.58亿元，净资产5.58亿元。2003年新增合同额超过13亿、主营业务收入8.7亿、利润总额3603万。
历经几代人的不懈努力，机械科学研究总院形成了“机械装备技术研究与服务”和“相关设备制造”两大主业。2007年实现营业收入20亿元，实现利润1.2亿元，拥有总资产28亿元。在科研方面，已在22个方向取得科研成果及专利7000多项。其成果已广泛应用于机械制造、航空航天、能源交通、信息产业、环境保护等多个领域。结合标准化、质量检测、质量认证和管理咨询等技术服务工作，机械科学研究总院能够为客户提供从技术到管理的全面的解决方案。
秉承“科技以人为本”的发展理念，坚持科研育才，在几十年的科研探索和实践过程中，总院形成了由3位院士、20位国家有突出贡献的中青年科学技术专家、273位享受政府特殊津贴专家、425位研究员级高级工程师组成的科研带头人队伍；通过院内的2个博士后科研工作站，1个博士、16个硕士学位授权点，培养了大批高素质的科研人员。
今天，机械科学研究总院已形成由12个全资子企业（公司），2个控股公司组成的国务院国资委直属大型科技企业集团，是国家科技创新体系的重要组成部分。伴随着中国制造大国向制造强国的转变，机械科学研究总院将打造成为引领中国装备制造技术的科技企业集团。
总院直属单位
哈尔滨焊接研究所
沈阳铸造研究所
郑州机械研究所
武汉材料保护研究所
机械工业第一设计研究院
中机生产力促进中心
中汽认证中心
机械工业工程机械军用改装车试验场
机械科学研究总院先进制造技术研究中心
北京中机实烨科技有限公司
北京机械工业自动化研究所
北京机电研究所
机科发展科技股份有限公司
机械科学研究总院浙江分院
