Машиностроительный комплекс, на который приходится треть производимой промышленностью продукции, объединяет разнообразные машиностроительные производства. В Поволжье выпускают значительную часть общероссийского производства станков, автомобилей, подшипников, электротехнических изделий, приборов, вычислительной техники, сельскохозяйственных машин, оборудования для нефтехимии, строительной техники. Особое место в комплексе занимает транспортное машиностроение, представленное производством самолетов и вертолетов, грузовых и легковых автомобилей, троллейбусов, велосипедов, пассажирских и сухогрузных судов, танкеров.
Авиационная промышленность возникла в годы войны в городах Самаре и Саратове. В настоящее время она специализирована на производстве самолетов и вертолетов (Самара, Саратов, Казань, Ульяновск).
Поволжье – крупнейший в стране производитель автомобилей. На него приходится более 15% российского выпуска грузовых и 78,3% легковых автомобилей. Для развития этой отрасли в районе имеются все необходимые предпосылки: он находится в зоне концентрации основных потребителей продукции, хорошо обеспечен транспортной сетью, уровень развития промышленного комплекса позволяет организовать широкие связи по кооперированию.
Волжский автозавод в г. Тольятти выпускает более 700 тыс. автомобилей в год. По технической оснащенности цехов, уровню механизации и автоматизации, производительности труда он ведущий в автомобильной промышленности страны. ВАЗ имеет обширные связи по кооперации.
В комплектации автомобиля «Жигули» участвуют Нижнекамский завод (покрышки), Волжский завод резинотехнических изделий (прокладки, уплотнители, резиновые кольца), заводы г. Димитровграда (тканевые материалы для обивки и утепления салона, кузовная арматура, карбюраторы, вкладыши), а также предприятия, специально построенные для ВАЗа в других районах страны, например Вологодский подшипниковый завод.
КамАЗ – крупнейшее в стране предприятие по производству грузовых автомобилей большой грузоподъемности. В его составе семь заводов: автомобильный, двигателей, прессово-рамный, кузнечный, литейный, колесный, ремонтно-инструментальный. Автомобильный завод спроектирован на выпуск в год 150 тыс. машин различных модификаций грузоподъемностью 8 т. В настоящее время производство автомобилей сократилось до 20,2 тыс. штук. КамАЗ имеет более 100 предприятий-смежников, обеспечивающих поставки необходимых комплектующих изделий.
Ульяновский автозавод возник в 1941 г. на базе эвакуированного московского ЗИЛа. Здесь создана серия автомобилей УАЗ высокой проходимости грузоподъемностью 0,8 т, предназначенных для перевозки мелких партий грузов по дорогам не только с твердым покрытием, но также по грунтовым и проселочным. В г. Сердобске (Пензенская обл.) организован филиал ЗИЛа, а в Балашове – завод, выпускающий автомобильные прицепы. 100% российского производства троллейбусов дает завод в г. Энгельсе.
Традиционная отрасль Поволжья – речное судостроение. Крупнейший центр судостроения и судоремонта – г. Астрахань.
Для обеспечения сельского хозяйства и нефтяной промышленности – важных отраслей хозяйственного комплекса района – машинами и оборудованием создано сельскохозяйственное и нефтяное машиностроение. Выделяется Поволжье также производством подшипников (Самара, Волжский), станков (Самара, Ульяновск), электротехнических изделий (Самара, Казань), вычислительной техники (Казань), приборов (Пенза).