1958年，广东省海南行政区农业机务学校筹建。

1960年6月，广东省海南行政区农业机务学校创办，校址位于万宁县龙滚镇分界市，时主要任务为培训拖拉机手、康拜因手、修理工和初级机务干部；同年秋季，开始招生。

1962年，停办。

1965年，更名为广东省农业机械化技工学校海南分校；同年秋，重新招生，各方面工作恢复正常。

1966年，正常教学皆被破坏，部分师生员工离开学校。

1968年上半年，剩余教师撤回农机局，学校停办。

1974年10月，在屯昌县屯昌镇建立广东省海南行政区农机学校，为国家农业机械化中专学校。

1975年3月，复办后开始招生。

1980年，停止招生。

1981年，与海南行政区技工学校联合办学，培训技术工人。

1986年，恢复招生。

1988年，更名为海南省农机学校。

1989年底，迁址琼山县府城镇大园里，升格为省属中专学校。

1990年秋，恢复招生，增挂“海南省机械工业总公司（局）职工培训中心”牌子。

1999年，定名为海南省机电工程学校。

2006年1月，经调整重新认定为国家级重点中等职业学校。

2007年，兴建桂林洋校区。

2011年12月，被评为海南省第一批依法治校示范校。

2013年，被评为国家中等职业教育改革发展示范校。

2018年1月，被评为2017年国防教育特色学校。