בתחילת שנות השישים התחילה פעילות בנושא הנדסת חומרים במסגרת הפקולטה להנדסת מכונות.

מרצה בשם אריאל טאוב מהפקולטה להנדסת מכונות הקים מעבדה שכללה מיקרוסקופ אופטי, שולחן עם מכשיר ליטוש ואיכול ותנור אחד, שהיוותה בסיס לפקולטה להנדסת חומרים של היום.

ב-1962 הוקם באופן רשמי מכון המתכות ובשנת 1968 הוקמה המחלקה להנדסת חומרים בפקולטה להנדסת מכונות.

בשנת 1980 הייתה המחלקה ליחידה עצמאית בטכניון, שהעניקה תארים גבוהים בלבד – מגיסטר ודוקטור. בשנת 1994, עם פתיחת מסלול לימודים לתואר ראשון, הפכה המחלקה לפקולטה להנדסת חומרים.

דן שכטמן, חבר סגל הפקולטה, זכה בפרס נובל לכימיה בשנת 2011.