1931年本校創立時，僅設機械工學、電氣工學、應用化學三科。暫時在理化學實驗室(圖一，全校第一棟完工的建築物，現物理系館南棟)辦公、上課和實驗。隔年2月底，全校第二棟完工的建築物應用化學科館(圖二，即舊化工系館)建竣，應用化學科遷入，部份空間暫由機械工學與電氣工學兩科借用為教師的研究室；同年年底，兩科的科館竣工才遷出。

1941年9月，校方分別在應用化學科科館與電氣工學科科館之間，及位於電氣工學科科館與機械工學科科館之間，各增建一棟二層樓木造教室(圖三)。1944年4月，因增設土木工學科和建築學科，上述二棟二層樓木造教室的二樓，暫時用為兩科之科館。北棟的二樓為土木工學科之科館，一樓仍為電氣工學科之工廠。1950年土木系館建竣，上列木造二層樓撥交化工系，一樓用為普通化學實驗室，二樓充作化工系教室，1978年因老舊拆除(圖四)。

1953年本校開始與美國普渡大學合作，次年6月，化工系館後方東南側增建之單元操作(圖五、六)及單元程序兩實驗室(或合稱為實習工廠)建築物竣工，開始進行配管工程及安裝設備。為因應教師及研究生逐年增加，1973年化工系館後面北側增建三層樓一棟啟用，有十三間研究室和一間教室。

1979年教育部要求本系於1980年起每年級增為三班，即在化工系館前排加蓋二樓，增加四間教室和一間教師休息室。1980年初期，本校機械、電機、化工等三系因獲得行政院培育科技人才及延攬海外學人回國服務二專案之補助，教師名額大幅增加，空間益顯不足，校方遂同意在成功校區西南角興建三系共用之機電化工程館(圖七)，該館舍於1982年3月動工，隔年9月竣工啟用，本系分得三分之一的空間。

由於增班及研究生和教授不斷增加，除在舊系館北側後面添蓋三樓新建築，在前排加蓋二樓(圖八)，在新建的機電化工程館分得三分之一的空間，但空間仍趕不上研究生和教授的增加速度，仍有些教授被迫在走廊上建立起實驗室與研究生研讀室。雖然自1986年起，本系先後獲得舊水利工程館、唯農大樓及科技大樓部份空間用為研究實驗室和教室，但是空間仍不足，且因使用空間散落在五個不同的地方，管理極不方便，影響系務運作與教學成效。

翁鴻山老師遂於校務會議反應本系使用空間呈現四分五裂，請校方協助，並於1988年邀請機械和電機兩系，提出在各系館後半部改建的計畫，校方立即同意將該計畫列入校務發展計畫中。後來因本校取得自強校區北段之土地，將計畫興建之基地改在現址。1993年4月新系館開始興建，1995年暑期竣工。新系館(圖九)地上12層地下2層，總建坪24,000平方公尺，所有教室、實驗室、研究室及辦公室終可納於此大樓內。