物理与机电工程学院创办于1960年，是吉首大学创建最早的院系之一。经过60多年的发展，学院现设有物理学（师范）、材料科学与工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程4个本科专业和物理学一级学科硕士点。其中，物理学专业为国家一流本科建设专业、首批湖南省一流本科建设专业和重点专业，机械设计制造及其自动化专业为湖南省一流本科建设专业，机械电子工程专业为湖南省新工科研究与实践项目依托专业。物理学一级学科硕士点设有理论物理、凝聚态物理、光学、功能材料物理四个二级培养方向。

学院教师队伍中，高级职称教师占比53.5%，博士学位教师占比62.8%，40岁以下教师占比72.1%，包括全国万名优秀创新创业导师、湖南省青年科技"荷尖”人才、湖南省芙蓉教学名师、湖南省教学能手、湖湘高层次创新人才、湖南省青年骨干教师、湖南省优秀硕士学位论文指导教师等。近年来，全院教师共主持国家自然科学基金40多项、各类省部级科研课题90多项，横向课题20多项，科研经费2000多万元。2014年以来，学院教师发表学术论文500多篇，其中200余篇被SCI、EI收录，100多篇发表于Nat. Commun.、Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. A以及Appl. Phys. Lett.等国际一流期刊，获湖南省自然科学奖4项。

学院现有实验仪器设备总价值3533万元，实验室面积7000平方米，建成了湖南省人工结构声物理与应用研究生培养创新基地、湖南省基础物理实验教学示范中心、湖南省力学与工程虚拟仿真实验教学中心、湖南省物理与电子工程大学生创新创业教育中心、湖南省机械类大学生创新创业教育中心、湖南省新材料大学生创新创业教育中心，形成了“理工融合、科教结合、校企联合”的的实践教学体系，内容涵盖基础物理、现代物理、材料制备、材料改性与表征、金工实训、机械设计制造、机械传动与控制、机械电子工程等领域。

学院秉承“明德、砺学、笃志、拓新”的院训，在多年办学过程中形成了融知识、能力、素质为一体的人才培养方案，培养学生质量过硬。学院现有本科生、研究生1500余人，涌现出一批优秀学生典型及先进集体。近五年来，学院团委多次获评校五四红旗团委，多个班级被评为校十佳优秀班级，“物语青年·小桔子阳光成长”社会实践团荣获湖南省第十五届榜样力量“芙蓉学子·社会实践奖”、湖南省优秀七彩假期团队；2022年，学生在“互联网+”创新创业大赛、挑战杯、大学生工程实践与创新能力大赛、大学生力学竞赛、大学生物理竞赛、师范生技能竞赛等主流学科竞赛中荣获一、二等奖50余项，学生在SCI/EI/核心期刊发表学术论文60多篇，本科生李玄作为国家奖学金获奖学生代表登上《人民日报》；学院毕业生因具有“三又四得”（基础扎实而又富有探索创新、作风朴实而又善于沟通交流、做事踏实而又敢于开拓进取，下得去、用得上、干得好、留得住）的鲜明特点，受到社会普遍欢迎，近五年就业率达98%以上。《光明日报》《中国教育报》《湖南日报》和《光明网》等主流媒体先后对学生成才进行了报道宣传。