上海交通大学为加快建设世界一流大学进程，与美国密西根大学开展了全面战略性的国际合作办学。2000年，两校合作共建上海交通大学机械工程学科，经过5年的努力，上海交通大学机械学科整体实力已跃居全国第一，达到世界先进水平。当时所设立的交大机械密西根试点班（即密西根学院前身），也获得了两校和社会的高度认可，其特色包括：主干课程采用和国外同步的教材，中外教师联合双语教学，部分课程聘请外籍教师上课，与密西根大学学分互认、合作开展学位项目。试点班的毕业生质量也初显优势。
两校基于对双赢合作的肯定和进一步加快国际化发展的共识，于2005年6月密西根大学Mary Sue Coleman校长访问上海交通大学期间，共同签署了建立交大密西根学院的合作协议，将其办学宗旨定为“建设一流研究型国际化学院，培养创新性领袖型人才”。双方通过紧密的合作管理模式和鼓励创新自治的支持政策，使之成为一个完全按国际一流大学的标准和模式运行的国际化办学特区，实现了两校的国际化人才培养合作从机械学科延伸至整个工学领域。交大密西根学院的建设同时也得到了中国教育部和上海市政府的大力支持，成为国内高等教育改革试点特区。
密西根学院于2006年开始参加上海交通大学的高考统一招生和“冬令营”自主招生，至2010年共招收本科生近1200名。学院建立了与密西根大学工学院同步接轨的课程体系和质量保证体系，所有专业课程均采用英文授课。2008年、2009年、2010年分别有70名、93名和99名同学赴密西根大学工学院14个不同专业攻读本科双学位。这些学生普遍在密西根大学取得优异成绩，多人获得院系颁发的学术成就奖和奖学金。2010年，学院首届本科毕业生中超过70%被世界一流大学录取为硕士或博士研究生，其中近30名学生直升交大密西根本硕连读项目，赴密西根大学深造；选择就业的学生也显示出极强的竞争力，大多被国内外著名企业所录用。同年，密西根学院也从本科教育扩展至研究生教育，从全国重点高校吸纳了第一批优质生源。
密西根学院还率先在中国开展了终身教职制度试点，聘任标准、考核模式和晋升方式均参照美国一流大学的终身教职系列进行。四年来，学院收到来自全球近900份应聘申请，其中85%的应聘者是北美一流大学和研究所的教授、博士后或博士毕业生。学院现任18名全职教授全部具有世界一流大学博士学位，非华裔学者占22％以上。其中多人放弃佐治亚理工学院、杜克大学、俄亥俄州立大学等名校的终身教授席位主动申请到密西根学院工作。4人入选国家“千人计划”，1人入选国家“青年千人计划”，2人入选上海“千人计划”。
2010年6月，在交大密西根学院第十次理事会会议期间，密西根大学Mary Sue Coleman校长再次访问上海交通大学，两校宣布成立联合科研基金，支持双方学者开展合作研究，标志着两校的合作又向前迈进了一大步。