精密微纳制造技术全国重点实验室的前身为机械制造系统工程国家重点实验室（State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering），于1989年立项；1995年10月通过验收并对外开放运行；2022年建设成为精密微纳制造技术全国重点实验室。

1987年，西安交通大学系统工程、机械制造、管理工程三个学科组成“西安交通大学计算机集成制造系统（CIMS）中心”。

1989年，通过立项，经国家计委批准利用世界银行贷款120万美元，依托由西安交通大学机械制造及其自动化、系统工程和管理科学与工程三个国家重点学科共同筹建机械制造系统工程国家重点实验室。

1991年，启动贷款项目和设备采购的国际招标，开始建设。

1995年，实验室通过国家验收，正式对外开放。

1997年，利用世界银行贷款购置的设备全部到位并投入运行。

2003年，实验室通过国家首次评估。

2008年，实验室通过国家第二次评估。

2013年，实验室通过第三次评估，并获评“优秀”。

2015年，通过陕西省质量技术监督局直属资质评定评审组的资质认定，获得陕西省质量技术监督局颁发的实验室资质认定计量认证（CMA）证书。

2018年，实验室通过第四次评估，并获评“优秀”。

2022年，建设成为精密微纳制造技术全国重点实验室。

据2023年8月实验室官网数据，实验室有在编固定人员70名，正教授64人，副教授6人；研究人员中包括中国工程院院士4人，IEEE Fellow1人，973首席科学家3人，国家杰出青年获得者5人，教育部跨世纪优秀人才14人，全国优秀博士论文获得者4人。

中国工程院院士（专职）：卢秉恒、汪应洛、蒋庄德、李应红

国家级领军人才：温广瑞等

国家杰出青年科学基金获得者：赵玉龙、陈雪峰等

国家优秀青年科学基金获得者：崔健磊、曹宏瑞等

国家香江学者：崔健磊等

全国高等学校优秀骨干教师：蒋庄德等

IAAM Fellow：崔健磊等

JSPS Fellow：崔健磊等

VEBLEO Fellow：崔健磊等

教育部新世纪优秀人才支持计划入选者：周光辉、温广瑞、訾艳阳、徐寅峰等

陕西省“三秦人才”津贴获得者：周光辉等

陕西省高校“青年杰出人才”：兰剑、张兴武等

陕西省杰出青年基金获得者：兰剑等

陕西省中青年科技创新领军人才：温广瑞等

陕西省优秀共产党员：温广瑞、陈雪峰等

据2023年8月实验室官网数据，实验室有国家自然科学基金委员会创新群体1个。截至2017年2月，实验室有教育部创新团队4个。

据2023年8月实验室官网数据，实验室有约3万平方米的集中实验室区域，有70多台大型仪器设备。

截至2021年5月，近六年来，实验室共承担研究课题400余项；共获得国家技术发明二等奖3项，国家自然科学二等奖1项，省部级科技进步和发明奖20余项；授权发明专利600余项；出版专著16本，发表国际期刊论文1500余篇。

据2023年8月实验室官网数据，实验室有国家一级重点学科3个。

国家一级重点学科：机械工程、控制科学与工程、管理科学与工程

截至2019年1月，实验室技术转让成果16项、企业应用实验室专利62项，为秦川机床工具集团股份公司、西安中航动力精密铸造有限公司、上海航天设备制造总厂、西安大运航空装备有限公司、浙江海德曼智能装备股份有限公司、北京微纳精密机械有限公司等企业带来效益。

截至2019年1月，实验室在微纳米制造、增材制造、机床加工、故障诊断等方向与中国国外单位开展合作：在微纳制造方向，获批建设“微纳制造与测试技术国际合作联合实验室”，联合澳大利亚新南威尔士大学、英国伯明翰大学、美国南加州大学、加拿大西蒙菲莎大学、中国香港城市大学的学者开展合作研究；在增材制造方向，与英国伦敦学院大学（UCL）在骨/软骨的3D打印体外构建方法和性能评价以及个性化足具的设计、3D打印工艺研究等方向开展合作基础，共同申请了欧盟地平线Horizon 2020框架协议项目。

截至2019年1月，实验室成立了“高端制造装备协同创新中心”，由西安交通大学牵头，联合浙江大学、大连理工大学、华中科技大学、沈阳机床股份有限公司、秦川机床集团有限公司、洛阳轴研科技股份有限公司、通用技术集团大连机床有限责任公司、通用技术集团昆明机床股份有限公司、北京工研精机股份有限公司、武汉华中数控股份有限公司等单位共同组建。

实验室徽标由齿轮构成环形结构，代表“机械制造”，表明实验室研究方向。

实验室曾开展“机械制造系统工程国家重点实验室科技活动周”“全国科普日陕西主场暨中国科协年会宣传活动”等活动，开展专题科普活动，通过成果展示、讲座培训、参观实验室、现场操作演示等多种活动形式，展现实验室文化。