1978年，熱能動力機械(動力)專業恢復招生。

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2012年底，汽車學院學院在職教工152名，教授32名，副教授36名，其中30名博士生導師，專職教師中80%具有博士學位。學院擁有國家“十五”“863”電動汽車重大專項首席科學家、“十一五”國家節能與新能源汽車總體專家組組長萬鋼教授;“973”首席科學家余卓平教授;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—同濟研究院院長;有2名教授入選中組部千人計劃，教育部長江學者與創新團隊1個，“長江學者”特聘教授1名，同濟大學特聘教授3名，教育部跨世紀及新世紀人才3人，教育部優秀青年教師基金3人，上海市優秀學科帶頭人計劃2人，上海市曙光學者2人，上海市浦江人才計劃2人，上海市青年科技啟明星1人，上海市優秀青年教師8人，“通用汽車中國高校汽車領域創新人才”一等獎2人，同濟大學英才計劃8人，同濟大學教學名師1人。汽車學院還聘請了一批中外汽車技術領域的知名專家和客座教授，并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。

目前，在讀全日制本科生900余人，碩士生600余人，博士生100余人。本科培養為雙外語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。