1978年9月10日，国家科委把握时机，向国务院建议设立一所专注于计量专业的学校。同年10月5日，国务院正式批复，同意在杭州建立一所中等计量专业学校，旨在培养具备扎实理论基础和优秀实操技能的计量技术人才。
1979年9月1日，杭州计量学校的筹建工作正式启动，印章启用，办公地点设立在浙江省计量局内的曙光路黄龙洞口。人事管理暂时由浙江省科委负责，其他业务则由省标准计量局负责。
1980年7月2日，杭州计量学校的校址确定在西湖区古荡公社和尚圩（位于教工路以西，天目山路以北）。
杭州计量学校作为中等专业学校，级别相当于地师级，教职工总数300人，学生规模达到1200人，设有5个专业，面向全国招生，学制为三年。
在杭州计量测试专科学校时期，1982年初，原国家计量总局向国家计委、教育部提交了一份报告，建议筹办计量测试学院，以培养高级计量科技人才。1983年5月18日，教育部发文通知国家经委，国务院已批准在杭州筹办计量测试专科学校（高等专科学校），设置几何量计量与测试等五个专业，学校规模为750人，由国家经委与浙江省共同领导，以国家经委为主。
1983年12月，国家计量局两次向教育部和国家计委请示，希望在1984年秋季正式招生，并将学校名称由“计量测试专科学校”更改为“计量专科学校”。1984年2月，教育部批复同意。1984年8月，计量专科学校迎来了首批大专学生共257人。1985年8月，又招收了首批函授专科学生136人。
1985年3月，鉴于计量科技队伍知识老化、高级计量人才短缺的问题，原国家计量总局向国家教委提出建立本科学院的建议。经过严格的专业评审论证，1985年10月18日，国家教委批准成立中国计量学院。学院以计量专科学校为基础，继续实行国家计量总局与浙江省人民政府双重领导，以总局为主的领导体制；学校规模定为3000人，其中专科生保持一定比例。
1986年8月，学院招收了首批本科生200名；1988年，学院与中国计量科学研究院联合招收研究生5名；1989年10月，首次招收法国留学生2名。此外，学院还承担了计量系统各类中短期培训班的任务，逐渐成为全国计量系统在职干部继续教育和知识更新的基地。
2000年5月，经国务院批准，学院的管理体制由国家质量技术监督局调整为中央与浙江省共建，以浙江省管理为主。为适应国家和浙江省经济发展的需求，学院提出了到2005年建成万人大学的目标。
2000年，学院获得浙江省政府的重点支持，首批入驻下沙高教园区。省政府同意学院新校区工程征地1180亩，投资5.35亿元，规划建设校舍面积21万平方米。新校区的建设为学院实现万人大学目标提供了充足的发展空间和教育资源。
2003年8月，学校整体搬迁至杭州下沙高教园区。同年9月，经国务院学位委员会批准，学校新增为硕士学位授权单位。
浙江省学位委员会审批通过，光学工程、测试计量技术及仪器、检测技术与自动化装置等三个学科新增为硕士学位授权学科。
1 机电工程学院 控制理论与控制工程 控制科学与工程。
2 检测技术与自动化装置。
3 模式识别与智能系统。
5 控制工程（专业学位） 工程。
6 计量测试工程学院 精密仪器及机械 仪器科学与技术。
7 测试计量技术及仪器。
8 能源计量与测试技术。
9 仪器仪表工程 工程。
10 信息工程学院 通信与信息系统 信息与通信工程。
12 生物医学信息工程。
13 计算机应用技术 计算机科学与技术。
14 控制工程（专业学位） 工程。
15 光学与电子科技学院 光学工程 光学工程。
16 物理电子学 电子科学与技术。
18 微电子学与固体电子学。
19 光学工程（专业学位） 工程。
20 材料科学与工程学院 材料物理与化学 材料科学与工程。
23 光学工程（专业学位） 工程。
24 质量与安全工程学院 检测技术与自动化装置 控制科学与工程。
26 控制工程（专业学位） 工程。
27 经济与管理学院 管理科学与工程 管理科学与工程。
28 质量科学与标准化工程。
29 理学院 应用数学 数学。
30 材料电子学 电子科学与技术。
31 光学工程（专业学位） 工程。
32 生命科学学院 生物化学与分子生物学 生物学。
33 法学院 经济法学 法学。
34 人文社科学院 中国哲学 哲学。
35 马克思主义学院 思想政治教育 马克思主义理论。
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