机械与过程系下设机械设计制造及其自动化、过程装备与控制工程、新能源科学与工程、材料科学与工程专业和能源与动力工程五个专业，拥有教师57人，其中教授15人，副教授15人，高级工程师1人，讲师10人，实验员6人。
机械设计制造及其自动化专业
机械设计制造及其自动化专业目前拥有教师21人，其中教授7人，副教授7人，讲师1人，助教1人，博士后2人，实验员3人。2016年开始本科生招生，2017、2018年分别启动留学生和研究生招生。
机械设计制造及其自动化专业是我校传统主干专业，是以机械设计与制造为基础，融入自动控制技术的交叉学科专业。其前身是1953年我校（时为北京石油学院）成立时创建的石油矿场机械专业，1999年起调整为机械设计制造及其自动化专业。该专业坚持机电结合，突出石油特色，2007年被授予校级品牌专业，2008年及2009年分别获得国家级、北京市特色专业建设点，2010年起成为教育部卓越工程师培养计划试点专业，2021年获批自治区一流本科专业。毕业生主要签约石油和地方的机械装备设计制造的企业、高校、科研院所，从事机械工程领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售，或者继续攻读机械工程、控制工程及石油工程等学科的硕士学位。
学科方面，1961年开始招收研究生，1981年获得硕士学位授予权，1986年批准为国内第一个石油机械工程博士点（后更名为机械设计及理论二级学科博士点），1996年被批准为中国石油天然气总公司部级重点学科，2002年被批准为北京市重点学科，2009年被批准为机械工程博士后流动站，2011年获得机械工程一级学科博士学位授予权。
过程装备与控制工程专业
过程装备与控制工程专业目前拥有教师13人，其中教授4人，副教授4人，高级工程师1人，讲师3人，实验员1人。2016年开始本科招生，2022年开始研究生招生。
过程装备与控制工程专业是中国石油大学（北京）最早的主干专业之一，前身石油炼厂机械是原北京石油学院建校初期首批设置的老专业之一，1955年首届本科生毕业，1956年首届研究生毕业，后更名为化工设备与机械专业。1998年教育部又统一将专业名称调整为“过程装备与控制工程”。这不仅保留了原化工设备与机械专业的特色，同时赋予了更新的内涵。过程装备与控制工程专业在教学中注重基础宽、知识面广、适应性强的教学理念，以现代石油化工为平台，强调把工艺、装备和控制紧密结合的复合型人才的培养，使学生具有较强的科研能力和创新能力。经过近60年的建设和发展，本专业已成为国内石化装备领域最有影响的专业之一。毕业生遍及炼油、乙烯、煤制油、煤化工、海洋石油等国家石油石化公司和石化工程公司，工作性质主要有产品设计、生产管理、技术研发和产品营销等。其中很多优秀毕业生已成为我国石化装备领域的知名专家、技术骨干及高级管理人员，许多还担任重要的领导工作，并涌现出一位中国工程院院士（时铭显）和一位中国科学院院士（何国钟）。
学科方面，1987年获得化工过程机械硕士学位授予权；2003年获得化工过程机械二级学科博士授予权；2009年设立动力工程及工程热物理一级学科博士后流动站；2010年获得动力工程及工程热物理一级学科博士点。2010年获批教育部多相流分离技术与装备工程研究中心。2021年获批自治区一流本科专业。学科研究主要围绕石油化工装备领域的科学和技术问题，具有鲜明的石油化工特色，在多相分离理论与技术、过程装备及工程等方向掌握了一批具有自主知识产权的核心技术，并取得了一批国际先进、国内领先的科研成果。
新能源科学与工程专业
基于对能源行业发展趋势的判断和思考，中国石油大学（北京）立足国家能源战略需求和学科发展前沿布局，正加快推进新能源科学与工程专业建设。校本部2018年在原新能源研究院的基础上，成功申请新办新能源科学与工程专业，2019年第一次招收本科生70人。克拉玛依校区2023年成功申请新办新能源科学与工程专业，2023年第一次招收本科生66人。在学校的大力支持下，学校坚持高起点、高水平、高标准建设新能源科学与工程专业。克拉玛依校区新能源科学与工程专业主要研究氢能、太阳能、风能等新能源开发、转化、存储和应用过程的自然科学、应用科学及工程学相关问题。该专业面向新能源产业，立足于国家能源发展规划，根据能源领域的发展趋势和地方经济发展需求，培养在氢能、太阳能、风能、储能等新能源领域从事工程设计、研究开发、生产制造、经营管理的复合型人才。新能源科学与工程专业坚持“育人为本、科研创新”的总原则，高度重视氢能、太阳能、风能和储能领域的科研创新，聚焦基础性、前瞻性、关键性研究问题。新能源科学与工程专业学生毕业后可在大、中型新能源产业链相关企业，电网公司、电力装备设计/制造企业、新能源装备设计/生产企业、风电/光伏/先进储能设施设计/制造/运维企业、能源环保产品设计/生产企业、各级政府部门/事业单位、新能源汽车等领域从事生产、经营、管理等工作。也可继续攻读动力工程及工程热物理、动力工程、热能工程、工程热物理、动力机械及工程等学科方向硕士学位。
学科方面，2020年获批新能源科学与工程交叉博士学位点，2021年获批新能源科学与工程硕士学位点，实现新能源方向本、硕、博全方位培养。2021年，新能源科学与工程本科专业入选北京市一流专业建设点。
材料科学与工程专业
材料产业作为战略性新兴产业，一直深受国家重视。校本部材料科学与工程专业成立于1998年，校区于2025年开始本科招生。本专业立足于国家西部大开发和一带一路发展战略，服务于石油化工、石油装备以及新材料研发，培养在金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料等材料领域从事工程设计、研究开发、生产制造、经营管理的复合型人才。并聚焦材料领域的基础性、前瞻性和关键性研究问题，培养学生的综合创新能力。
本专业培养适应我国石油石化相关领域发展需要，德智体美全面发展，具有扎实的材料科学与工程专业基础，具有较强实践能力、知识获取能力、社会交往能力、组织管理能力，具有国际视野和创新思维，能将专业基本理论和基础知识与科研、生产实际相结合，在石油石化等材料相关领域的企业或科研院所从事材料科学与工程新材料、新工艺和新技术开发和管理的高层次工程技术人才和创新人才。
能源与动力工程专业
能源与动力工程专业面向国家能源战略与“双碳”目标，致力于培养具备扎实理论基础、卓越工程实践与创新能力的复合型人才。专业始建于2007年，并于2024年在克拉玛依校区启动招生，依托校本部优质资源，构建了以“热储一体、热电调峰”为特色的培养体系，重点强化学生在熔盐储热耦合火电调峰、多能互补系统协同优化等新型电力系统核心领域的能力。专业聚焦能源转化、输送与利用全过程的系统运行与优化，涵盖锅炉、汽轮机、流体机械等关键装备，兼顾传统能源清洁高效利用与新能源融合背景下的系统集成与调控。毕业生可在电力、油气、新能源、高端装备制造、能源环保及政府管理等行业，从事工程设计、系统运维、技术研发与经营管理等工作，也可继续攻读动力工程及工程热物理、热能工程、动力机械及工程等方向的硕士或博士学位。
学科建设方面，本专业于2021年获批“国家级一流本科专业建设点”。学科点始建于2001年，2010年获动力工程及工程热物理一级学科博士学位授予权，2009年设立博士后流动站，形成了完整的本、硕、博人才培养体系。学科平台支撑坚实，2010年牵头建设的“低碳能源工程”学科入选北京市高精尖学科，2015年获批建设“过程流体过滤与分离技术”北京市重点实验室。在原油输送与加热、稠油热力开采、油气集输工艺优化等方面取得系列重要成果，曾获国家科技进步二等奖、国家科委发明一等奖等多项国家级与省部级科技奖励。
系主任：赵旭亮
副系主任：蔡玲玲、谈建平
机械专任教师：历长云、宋强、许磊、于化龙、唐玲、刘梓峰、苏子安、黄洪钟、程卫东、毛东风、孙凤云、赵军友、闻新、储开宇、赵旭亮、孙瑞滨、徐晓慧、孙凯、刘申、王亚松、范彧琦、戴鑫亮、鲍蕊、张仕民、王德国、谈建平
过控专任教师：赵敏、张晓蕾、刘建新、张海鹏、黄立华、古丽寨娜·哈布都拉、徐振、马仲麟、万书亭、蔡玲玲、张玉明、胡玉峰
新能源专任教师：米沙、王福玲、莫雅思、李强、邢道明、苏云鹏、皮婧婧
能动专任教师：陈晓玲、王欣玥
材料专任教师：李洋，梅述钘，杨二阔、陈晓彤
机械实验员：姚彦博、王义平、高国刚
过控实验员：贺娇
新能源实验员：孙倩囡
能动实验员：闫珺