汽车工程学院源于1957年华中工学院重设的汽车拖拉机专业。1960年院系调整时该专业调整到湖北工学院 。1961年9月，湖北省和武汉市将武汉工学院、湖北化工学院、湖北工学院（本科部分）三院合并，成立了新的武汉工学院，在动力系内设立汽车拖拉机专业。1970年又将汽车拖拉机专业分为汽车、拖拉机和内燃机三个专业。1977年分设农机专业、汽车专业、拖拉机专业和内燃机专业。1983年武汉工学院由机械工业部划归中国汽车工业总公司管理，汽车专业和内燃机专业组成汽车系，农机专业和拖拉机专业分出成立农机系。1984年撤销农机系，保留拖拉机专业，将其并入汽车系，同时将汽车系更名为汽车拖拉机系，并于1987年组建汽车运用工程专业。1994年成立（更名）汽车工程学院。2000年，武汉工业大学、武汉交通科技大学和武汉汽车工业大学三校合并组建武汉理工大学后，经过学科专业调整，仍保留汽车工程学院建制，于2001年6月17日成立武汉理工大学汽车工程学院。

汽车工程系源于1961年武汉工学院汽车拖拉机专业，1970年改名为汽车工程专业，1989年设置有专用汽车专业(方向)。1994年教育部专业目录调整时,汽车工程专业更名为车辆工程专业， 1994年汽车教研室与专用汽车教研室合并组建成立汽车工程系。车辆工程专业2018年通过国际工程教育专业认证，2019年获批首批国家级一流本科专业建设点。

车用动力工程系源于1961年汽车拖拉机专业的车用内燃机方向，1970年设置内燃机专业，1989年设置摩托车专业方向。1994年内燃机专业与热工流体教研室合并组建内燃机系。1998年国家教育部对专业进行调整，原内燃机专业扩充专业内容，改名为热能与动力工程，并将摩托车专业并入热能与动力工程专业，更名为车用动力工程系。2012年教育部专业目录调整，更名为能源与动力工程专业，2019年获批首批国家级一流本科专业建设点。

汽车运用工程系源于1970年武汉工学院拖拉机专业。1984年，农机系撤销，拖拉机专业并入汽车拖拉机系。1987年在原农机、拖拉机专业基础上，申报设立汽车运用工程专业。1994年汽车运用工程专业与汽车构造教研室合并，组建汽车运用工程系。1998年国家教育部专业目录调整，汽车运用工程专业改为交通运输专业。2003年在国内率先申报汽车服务工程专业，获得国家教育部批准， 2018年通过国际工程教育专业认证。

储能科学与工程系成立于2022年9月，由车用动力工程系、汽车工程系、汽车运用工程系相关人员组成，旨在加强2021年获批的储能科学与工程新工科专业建设。

武汉理工大学汽车研究所是部批研究所。1990年8月7日，原中国汽车工业总公司下发中汽技字（1990）386号文批复同意成立“武汉工学院汽车研究所”，1992年12月9日，原武汉汽车工业大学根据中汽人字（92）108号批文将汽车研究所挂靠汽车工程学院。经过多年建设与发展，以此为基础，2009年申报了“现代汽车零部件技术湖北省重点实验室”，并获得立项（批文：鄂科技发成[2009]66号）。

2001年学校成立武汉理工大学电动汽车研究院，由汽车工程学院、湖北电动车辆研究开发中心、材料复合新技术国家重点实验室等相关院系共同组建，挂靠汽车工程学院。经过多年建设与发展，以此为基础，2019年申报了“新能源与智能网联车湖北省工程技术中心”，并获得立项（批文：鄂科技发条〔2019〕3号）。

2005年与学校新材料研究所联合申报了“燃料电池湖北省重点实验室”，并获得立项（批文：湖北省政府[2005]22号文）。

2010年申报了“汽车零部件绿色设计制造与试验湖北省产业技术创新基地”，并获得立项（批文：鄂科技发成[2010]52号）。

2012年申报了“汽车零部件技术湖北省协同创新中心”，并获得立项（批文：鄂教科函〔2012〕55号）。

2016年申报了“新能源汽车科学与关键技术学科创新引智基地”，并获得立项（批文：教技函〔2016〕57号）。