Program Studi Teknik Mesin Program Sarjana Terapan (Diploma IV Teknik Mesin) awalnya secara struktural berada di bawah koordinasi Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik. Pendirian Jurusan Pendidikan Teknik Mesin diawali dengan dibukanya mata kuliah BI/BII oleh Departemen PD dan K pada tahun 1956 dengan tujuan untuk menambah tenaga pengajar di sekolah-sekolah teknik di seluruh Indonesia. Pada tahun 1961, berdasarkan SK Menteri PD&K No.7/1961 tanggal 7 Februari 1961, mata kuliah BI/BII diubah menjadi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Bagian Teknik (FKIP Bagian Teknik) dengan dua jurusan, yaitu Jurusan Mesin dan Jurusan Bangunan. Kemudian pada tahun 1963 sesuai dengan SK Menteri PTIP No. 55 Tahun 1963, Jurusan Teknik FKIP resmi diubah menjadi Fakultas Teknik Keguruan (FKT) sebagai bagian dari Institut Pendidikan dan Keguruan Yogyakarta (IKIP Yogyakarta). Sejalan dengan meningkatnya kebutuhan akan guru Sekolah Tinggi Teknologi (STM) dan tenaga pengajar bagi Balai Latihan Pendidikan Teknik (BLPT) bidang teknik mesin yang berdampak pada meningkatnya minat dan jumlah siswa, maka pada tahun 1981 Jurusan Pendidikan Teknik Mesin sebagai bagian dari Fakultas Keguruan Teknik ( FKT) pindah lokasi ke utara gedung pusat IKIP Yogyakarta.

Penggunaan gedung baru diresmikan langsung oleh Presiden Soeharto. Perpindahan lokasi tersebut dilakukan karena adanya bantuan dari Proyek Bank Dunia untuk gedung yang meliputi ruang kuliah, laboratorium dan bengkel beserta peralatan praktikum. Dengan bantuan proyek Bank Dunia, perubahan kurikulum juga dilakukan pada kurikulum STM dengan menitikberatkan pada kegiatan workshop dan praktik laboratorium. Perubahan nama IKIP Yogyakarta menjadi Universitas Negeri Yogyakarta (UNY) Berdasarkan Keputusan Presiden Nomor 39 Tahun 1999, memberikan suasana baru bagi Jurusan Pendidikan Teknik Mesin. Sebagai upaya menghadapi perubahan tersebut, mulai tahun 1997 dibuka program studi baru yaitu Program Studi Diploma III Teknik Mesin. Pada tahun 2019 diterbitkan surat tugas perubahan program studi Diploma III Teknik Mesin menjadi Sarjana Terapan (Diploma IV) Teknik Mesin nomor 13/185/C.C4/KB.01.00/2019 Kemenristekdikti melalui Ditjen Ilmu Pengetahuan dan Institusi Teknologi dan Pendidikan Tinggi. Pada tanggal 18 Oktober 2019, izin pendirian Program Studi Sarjana Terapan Teknik Mesin diterbitkan berdasarkan Keputusan Menteri Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Nomor 1061/KPT/I/2019, sehingga Program Studi Sarjana TerapanTeknik Mesin diperbolehkan menerima mahasiswa. Saat ini status Program Studi sarjana Terapan Teknik Mesin menjadi bagian dari Fakultas Vokasi Universitas Negeri Yogyakarta bersama Program Studi Sarjana Terapan di UNY lainnya yang berlokasi di Kampus Kulonprogo.