大同工學院在民國 52 年成立機械工程學系後，陸續又在民國 59 年成立化學工程學系；民國 72 年成立材料工程學系；民國 75 年成立生物工程學系。本校升格為大學後，工程學院秉承「大同工學院」的傳統，致力務實教學及產學建教合作。
本院為拓展研究領域，於民國 69 年設置機械工程研究所；民國 71 年增設化學工程研究所；民國 73 年機械工程研究所增設博士班；民國 74 年增設材料工程研究所；民國 75 年化學工程研究所增設博士班；民國 82 年材料工程研究所增設博士班；民國 86 年設置生物工程研究所；民國 89 年生物工程研究所增設博士班及碩士在職專班；民國 90 年機械工程研究所及化學工程研究所分別設置碩士在職專班。
為了能與時俱進，跟上國際發展趨勢，培育跨領域人才，提高學生的就業競爭力；另一方面也為了能達到教學及研究的資源整合，提升高等教育品質，本院著手進行系所整併，於108年化學工程學系與生物工程學系整併成化學工程與生物科技學系，110年機械工程學系與材料工程學系整併成機械與材料工程學系。
各學系修業年限均為四年，畢業後授予學士學位；研究所碩士班修業年限為一至四年，博士班修業年限為二至七年。
為培育跨領域科學人才及擴展學生學習廣度，並落實大一不分系延後分流之精神，以利學生適性發展，特別於109年成立大同大學工程學院學士班。
工程學院的教育目標：
1.知能傳承：傳授基礎科學與工程專業知識，培育設計與創新之能力，養成終身學習之習慣
2.國際視野：使學生具有足夠的外語能力，瞭解國際事務與科技脈動。
3.團隊合作：培養學生具備良好的溝通能力及團隊合作習慣。
4.人文關懷：培養學生正確的倫理及人文素養與社會關懷。
工程學院的基本素養與核心能力：
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運用科學及工程專業能力。
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培養終身學習的習慣與能力。
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具備資料蒐集，有效溝通及團隊合作的能力。
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理解專業倫理及社會責任。
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培養國際接軌的能力。