ภาควิชาเครื่องกล-การบินและอวกาศ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ได้ก่อตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2507 โดยใช้ชื่อว่า "แผนกช่างเทคนิคเครื่องกลวิทยาเขตเทคนิคพระนครเหนือ (ไทยเยอรมัน)"

ต่อมาในปี พ.ศ. 2514 ได้จัดตั้งขึ้นเป็น "ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล" โดยได้รับผู้จับการศึกษาในระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย (ม.6) และประกาศนียบัตรวิชาชีพ (ปวช.) เข้าศึกษาต่อในระดับอุดมศึกษา ในหลักสูตรวิศวกรรมศาสตร์บัณฑิต (วศ.บ) สาขา วิศวกรรมเครื่องกล โดยได้ผลิตวิศวกรทางด้านเครื่องกล ต่อมาในปี พ.ศ. 2528 ได้เปิดหลักสูตรวิศวกรรมมหาบัณทิต (วศ.ม) และในปี พ.ศ. 2540 ได้เปิดหลักสูตรปรัชญาดุษฎีบัณฑิตเพื่อตอบสนองความต้องการของภาคอุตสาหกรรมในประเทศไทย ต่อเนื่องมาโดยตลอด

ต่อมาภาควิชาฯได้เล็งเห็นถึงแนวโน้มของสังคมไทยต่อความต้องการวิศวกร ที่มีความรู้และความเชี่ยวชาญในสาขาวิศวกรรมการบิน จึงได้พัฒนาหลักสูตรวิศวกรรมบัณฑิต(วศ.บ.) สาขาวิศวกรรมการบินและอวกาศ และได้เริ่มเปิดสอนตั้งแต่ปี 2541 เพื่อเป็นการพัฒนาศักยภาพของภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล ทางภาควิชาฯ ได้ทำโครงการนำร่องเพื่อสร้างหลักสูตร "สหกิจศึกษา (Co-Operation Education)" ในระดับปริญญาตรีขึ้นในปี พ.ศ. 2543 ซึ่งเป็นระบบการศึกษาที่เน้นการปฏิบัติงานอย่างมีระบบ โดยจัดให้มีการเรียนในสถานศึกษาร่วมกับการให้นักศึกษาไปปฏิบัติงานจริง ณ สถานประกอบการที่ให้ความร่วมมือทำให้นักศึกษาสามารถเรียนรู้ประสบการณ์จากการปฏิบัติงาน และ มีการพัฒนาตนเอง