กระทรวงอุตสาหกรรม ได้เสนอเรื่องต่อคณะรัฐมนตรี เมื่อวันที่ 26 มิถุนายน 2533 ขอปรับปรุงฐานะของกองเศรษฐกิจอุตสาหกรรม สำนักงานปลัดกระทรวงอุตสาหกรรมให้เป็นสำนักงานเทียบเท่ากรม เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการปฎิบัติงานนโยบายและแผนพัฒนาอุตสาหกรรมให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น และคณะรัฐมนตรีได้มีมติเห็นชอบ ในการจัดตั้งสำนักงานเศรษฐกิจอุตสาหกรรม โดยให้โอนงานของสำนักงานพัฒนาอุตสาหกรรมหลัก สำนักงานปลัดกระทรวงอุตสาหกรรมมารวมเข้าด้วยกันตามพระราชบัญญัติปรับปรุง กระทรวง ทบวง กรม พ.ศ. 2534 และพระราชบัญญัติโอนอำนาจหน้าที่ และกิจการบริหารงานบางส่วนของสำนักงานปลัดกระทรวงอุตสาหกรรม (กองเศรษฐกิจอุตสาหกรรม และสำนักงานพัฒนาอุตสาหกรรมหลัก) กระทรวงอุตสาหกรรม ไปเป็นของสำนักงานเศรษฐกิจอุตสาหกรรม กระทรวงอุตสาหกรรม พ.ศ. 2534 โดยได้ประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่ม 108 ตอนที่ 156 ลงวันที่ 4 กันยายน พ.ศ. 2534 โดยให้มีผลใช้บังคับตั้งแต่วันถัดจากวันประกาศในราชกิจจานุเบกษา ดังนั้นจึงได้ถือเอา วันที่ 5 กันยายน 2534 เป็นวันก่อตั้ง สศอ. ตั้งแต่นั้นมา
ทั้งนี้ สศอ. มีการทบทวนอำนาจหน้าที่ และโครงสร้างการแบ่งส่วนราชการอีกหลายครั้ง โดยล่าสุดอาศัยอำนาจตามความในมาตรา 8 ฉ แห่งพระราชบัญญัติระเบียบบริหารราชการแผ่นดิน พ.ศ. 2534 ซึ่งแก้ไขเพิ่มเติมโดยพระราชบัญญัติระเบียบบริหารราชการแผ่นดิน (ฉบับที่ 4) พ.ศ. 2543 ให้ยกเลิกกฎกระทรวงแบ่งส่วนราชการสำนักงานเศรษฐกิจอุตสาหกรรม กระทรวงอุตสาหกรรม พ.ศ. 2551 และออกกฎกระทรวงแบ่งส่วนราชการสำนักงานเศรษฐกิจอุตสาหกรรม กระทรวงอุตสากรรม พ.ศ.2560 ประกาศในราชกิจจานุเบกษาฉบับกฤษฎีกา เล่มที่ 134 ตอนที่ 102 ก ลงวันที่ 2 ตุลาคม พ.ศ. 2560 กำหนดให้มีอำนาจหน้าที่และการแบ่งส่วนราชการดังปัจจุบัน