Engenharia mecânica é o ramo da engenharia que estuda, projeta, analisa, fabrica e mantém máquinas, mecanismos e sistemas mecânicos. Combina princípios da física e da matemática com a ciência dos materiais para lidar com forças, movimento e transformações de energia. É uma das áreas mais antigas e abrangentes da engenharia.
A engenharia mecânica exige conhecimentos de mecânica, dinâmica, termodinâmica, ciência dos materiais, projeto, análise estrutural, eletrônica e eletricidade. Engenheiros mecânicos usam ainda ferramentas como desenho assistido por computador, abreviado como CAD, manufatura assistida por computador, ou CAM, engenharia assistida por computador, ou CAE, e gestão do ciclo de vida do produto para projetar e analisar fábricas, equipamentos e máquinas industriais, sistemas de climatização, sistemas de transporte, veículos automotores, aeronaves, embarcações, sistemas de robótica, dispositivos médicos, armas e outros produtos. Essas atividades podem acompanhar o ciclo de vida de um produto desde sua concepção até a fabricação, operação e descarte.
A engenharia mecânica se consolidou como campo durante a Revolução Industrial europeia, iniciada no século XVIII, embora suas técnicas tenham antecedentes em sociedades muito mais antigas. No século XIX, avanços da física ampliaram sua base científica. O campo incorporou novas técnicas e conhecimentos, e engenheiros mecânicos trabalham em áreas como materiais compósitos, mecatrônica, nanotecnologia e fabricação aditiva. Há áreas em comum com a engenharia aeroespacial, engenharia metalúrgica, engenharia civil, engenharia estrutural, engenharia elétrica, engenharia de manufatura, engenharia química, engenharia industrial e outras disciplinas de engenharia. Engenheiros mecânicos também podem trabalhar em engenharia biomédica, em especial com biomecânica, fenômenos de transporte, biomecatrônica, nanobiotecnologia e modelagem de sistemas biológicos.
Sociedades antigas e medievais já empregavam princípios que fazem parte da engenharia mecânica. Máquinas simples eram usadas no Antigo Oriente Próximo. A cunha e o plano inclinado eram conhecidos desde a pré-história. A invenção da roda foi atribuída à civilização da Mesopotâmia em obras mais antigas. Há também propostas de invenção independente na Mesopotâmia e na Europa Oriental, ou de origem entre populações pré-históricas da Europa Oriental. A alavanca era empregada há cerca de 5.000 anos no Oriente Próximo em balanças simples, e também para mover objetos grandes na tecnologia do Antigo Egito. Ela era usada no shaduf, dispositivo de elevação de água conhecido na antiga Mesopotâmia. Há vestígios de polias na Mesopotâmia do início do segundo milênio a.C.
Na Núbia, a saqiyah permitia elevar água para irrigação com tração animal, diminuindo a necessidade de esforço humano. No Reino de Cuxe, reservatórios do tipo hafir armazenavam água. A produção de ferro em Meroé já ocorria no século VI a.C. e pode ter começado antes. A cronologia dos vestígios abrange potencialmente mais de mil anos, mas contém lacunas que não permitem estabelecer uma produção ininterrupta durante todo esse período. O egiptólogo Leo Depuydt propôs uma interpretação astronômica para três grafitos de Meroé, relacionando-os ao uso de um gnômon, instrumento que permite observar a posição do Sol por meio da sombra projetada por uma haste.
A energia hidráulica também foi aproveitada na Antiguidade. No livro X de De architectura, Vitrúvio apresentou um moinho de água no qual uma roda de água transmitia movimento à mó por meio de engrenagens. Na Grécia Antiga, Arquimedes, que viveu de 287 a 212 a.C., estudou princípios da mecânica. O parafuso de Arquimedes, uma bomba helicoidal usada para elevar água, é tradicionalmente atribuído a ele. A Máquina de Anticítera, dotada de engrenagens, foi um computador analógico criado por volta do século II a.C.
No Egito romano, Heron de Alexandria, que viveu aproximadamente entre 10 e 70 d.C., apresentou um dos primeiros dispositivos movidos a vapor, a eolípila. Na China, Zhang Heng, que viveu de 78 a 139, aperfeiçoou uma clepsidra e construiu, em 132, um sismoscópio. O aparelho sinalizava a ocorrência de um terremoto e fornecia uma indicação da direção do movimento detectado, sem registrar uma série temporal do movimento do solo como os sismógrafos posteriores. Ma Jun, ativo no século III, construiu uma carruagem que apontava para o sul. O relojoeiro e engenheiro Su Song, que viveu de 1020 a 1101, incorporou um mecanismo de escape hidráulico à sua torre de relógio astronômico, cerca de dois séculos antes do uso de escapes em relógios mecânicos europeus. Sua torre também empregava uma transmissão por corrente contínua.
O descaroçador de algodão já era usado na Índia no século VI, e a roda de fiar era conhecida no mundo islâmico no início do século XI. Descaroçadores de dois rolos apareceram na Índia e na China entre os séculos XII e XIV. Um descaroçador de rolos acionado por engrenagem sem-fim surgiu no subcontinente indiano no início do Sultanato de Déli, entre os séculos XIII e XIV.
Na Era de Ouro Islâmica, inventores muçulmanos desenvolveram técnicas e dispositivos mecânicos. Al-Jazari escreveu em 1206 o Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices, no qual apresentou muitos projetos mecânicos.
No século XVII, houve avanços nos fundamentos da engenharia mecânica na Inglaterra e na Europa continental. O matemático e físico neerlandês Christiaan Huygens desenvolveu um relógio de pêndulo no fim de 1656 e patenteou o dispositivo em 1657. Também publicou o Horologium Oscillatorium, dedicado ao projeto de relógios e à teoria matemática do pêndulo. Na Inglaterra, Isaac Newton formulou as leis do movimento e desenvolveu o cálculo, que se tornaria uma base matemática da física. Newton relutou durante anos em publicar seu trabalho, mas colegas como Edmond Halley o convenceram a fazê-lo. Gottfried Wilhelm Leibniz, que também projetou uma calculadora mecânica, desenvolveu o cálculo de forma independente.
No início do século XIX, durante a Revolução Industrial, máquinas-ferramenta foram aperfeiçoadas na Inglaterra, na Alemanha e na Escócia. A expansão das máquinas de produção e dos motores que as acionavam acompanhou a formação da engenharia mecânica como especialidade. A primeira sociedade profissional britânica de engenheiros mecânicos, a Institution of Mechanical Engineers, foi fundada em 1847. A Institution of Civil Engineers, dos engenheiros civis britânicos, havia sido criada em 1818. Na Europa continental, Johann von Zimmermann, que viveu de 1820 a 1901, estabeleceu em 1848 uma fábrica de máquinas-ferramenta em Chemnitz, na Alemanha, dedicada à produção seriada desses equipamentos.
Nos Estados Unidos, a American Society of Mechanical Engineers, abreviada como ASME, foi fundada em 1880, depois da American Society of Civil Engineers, de 1852, e do American Institute of Mining Engineers, de 1871. Entre as primeiras instituições do país a ensinar engenharia estavam a Academia Militar dos Estados Unidos, cujo ensino foi reorganizado por Sylvanus Thayer a partir de 1817, a instituição que se tornaria a Norwich University, fundada em 1819 e aberta aos alunos em 1820, e o Rensselaer Polytechnic Institute, fundado em 1824 e aberto em 1825. O ensino de engenharia mecânica tem sido baseado em uma formação em matemática e ciências.
Cursos superiores de engenharia mecânica são oferecidos por universidades de muitos países. Sua duração e o grau concedido dependem do sistema educacional.
No Brasil, a graduação em engenharia mecânica combina formação científica e disciplinas de projeto e fabricação. Na Universidade Estadual de Campinas, a Unicamp, o curso integral tem duração prevista de dez semestres. O currículo inclui mecânica dos sólidos, termodinâmica, mecânica dos fluidos e materiais, além de projeto de máquinas, controle e automação e processos de fabricação.
As Diretrizes Curriculares Nacionais dos cursos de engenharia, estabelecidas pela Resolução CNE/CES nº 2, de 24 de abril de 2019, exigem atividades práticas de laboratório, estágio curricular supervisionado e um projeto final de curso. O estágio deve ter pelo menos 160 horas. O projeto final pode ser individual ou em equipe, desde que permita avaliar o trabalho de cada estudante e sua capacidade de articular os conhecimentos adquiridos. A organização dessas atividades deve constar do projeto pedagógico de cada curso.