Історія кафедри металознавства починається в 1945 році, коли її заснував і очолив професор Борис Соломонович Натапов - визначний науковець і талановитий керівник. Натапов Б.С., випускник Запорізького інституту сільгоспмашинобудування 1933 року, пройшов шлях від інженера-терміста на заводах "Червона Зірка" та Запорізькому заводі авіаційних двигунів до засновника наукової школи. Під час війни, перебуваючи в евакуації в Омську, він продовжував наукову діяльність і в 1944 році захистив кандидатську дисертацію.
Після повернення з евакуації, Натапов організував кафедру "Металознавство та технологія металів" і розгорнув масштабні науково-дослідницькі роботи з металознавства на заводах Запоріжжя. Його найважливіші розробки охоплювали широкий спектр досліджень: поліпшення процесів термічної обробки чавунів, дослідження процесів старіння маловуглецевої сталі для автомобільної промисловості, впровадження нестаріючої сталі та прискореного режиму рекристалізаційного відпалення, розробка засобів поліпшення властивостей інструментальних сталей, розробка складу та хіміко-термічної обробки цементованих сталей для газотурбінних двигунів.
Першими співробітниками-однодумцями, які створювали матеріальну базу кафедри в складні повоєнні роки, були М.Д. Волощук, Н.С. Носик, С.Ф. Шантирь, П.П. Булат, М.М. Лепіхова. Вони брали активну участь у створенні металографічної та термічної лабораторій, проведенні перших наукових досліджень.
Кафедра стала потужним центром розвитку металознавства і стала базою для створення нових кафедр: обробки металів тиском (1960), обладнання і технології зварювального виробництва (1964), технології металів (1968), охорони праці та навколишнього середовища (1999).
У 1964 році, у зв'язку з інтенсивним розвитком машинобудівного комплексу регіону (АвтоЗАЗ, Запорізький моторобудівний завод, Мелітопольський моторний завод, Токмацький дизелебудівний завод), було здійснено перший набір студентів на спеціальність "Металознавство та термічна обробка". З 1989 року кафедра розширила свій профіль і почала готувати фахівців з "Матеріалознавства в машинобудуванні", а згодом "Прикладного матеріалознавства".
Під керівництвом кафедри проводились фундаментальні наукові дослідження. Особливо значущими були роботи з розробки жароміцних сплавів на нікелевій основі, дослідження високотемпературної корозії, створення нових марок сталей. У 1965 році була створена проблемна лабораторія з розробки нових матеріалів та технологій їх обробки, яка з 1969 року отримала державне фінансування.
Кафедрою в різні роки керували видатні науковці: Натапов Б.С. (1945-1976, 1980-1983), Гайдук В.В. та Банас І.П. (1976-1980), Коваль А.Д. (1983-2012), Бєліков С.Б. (2013-2015), з 2015 року - Ольшанецький В.Ю. Кожен з них зробив значний внесок у розвиток кафедри та наукової школи.
За час існування кафедри було захищено 4 докторських та 43 кандидських дисертації, підготовлено 1241 спеціаліст та магістр (1970-2017). Кафедра організувала і провела 13 міжнародних науково-технічних конференцій (1977-2014), які стали важливими майданчиками для обміну науковим досвідом.
Кафедра підтримувала тісні зв'язки з провідними підприємствами та науково-дослідними інститутами: "Мотор-Січ", "Івченко-Прогрес", "Запоріжсталь", КБ "Південне", Інститутом проблем матеріалознавства, Українським науково-дослідним інститутом спеціальних сталей та сплавів, Інститутом металургії ім. Байкова та багатьма іншими.
У 2013 році кафедра отримала ліцензію на підготовку спеціалістів та магістрів зі спеціальності "Термічна обробка металів", що дозволило розширити спектр підготовки фахівців. Сьогодні на кафедрі створено потужну матеріально-технічну базу, що включає лабораторії електронної мікроскопії, рентгенівську, металографічні, механічних випробувань, термічні, комп'ютерний клас та інші підрозділи.
За роки існування кафедра підготувала багато призерів всеукраїнських олімпіад та конкурсів з матеріалознавства, що свідчить про високий рівень підготовки студентів. Випускники кафедри успішно працюють на провідних підприємствах України та за кордоном, продовжують наукові дослідження, розвивають галузь металознавства та матеріалознавства.