1932 wurde die Auto Union AG gegründet, die von 1936 bis 1948 hier ihren Sitz hatte. Später war nachfolgend hier der Sitz des VEB IFA-Kombinates PKW, Karl-Marx-Stadt und des WTZ-Automobilbau (WTZ – wissenschaftliches und technisches Zentrum). Genannt seien an dieser Stelle die Unternehmen SITEC Industrietechnologie, ESKA Schraubenwerke, Hydroforming Chemnitz, Anchor Lamina, Niles Simmons sowie die IAV Ingenieurgesellschaft. Im Motorenwerk Chemnitz, einem Unternehmen der Volkswagen Sachsen GmbH, werden 3400 Motoren und 3000 Ausgleichswellengetriebe pro Tag gefertigt. Mit dem Ziel der langfristigen Sicherung von Arbeitsplätzen kooperieren die sächsischen Automotive-Unternehmen im Rahmen der AMZ Verbundinitiative Automobilzulieferer Sachsen.

Die Mikrosystemtechnik gehört zu den führenden Zukunftsbranchen in Deutschland. In Chemnitz und der Region haben sich 40 Unternehmen in diesem Marktsegment etabliert. Ein besonderer Standortvorteil für Chemnitz ist die Nähe zu den wichtigsten Anwenderbranchen Automobilindustrie und Maschinenbau/Automation. Intensive Forschungsarbeit im Bereich der Mikrotechnologie wird an der Technischen Universität Chemnitz geleistet. Die TU Chemnitz unterhält ein Zentrum für Mikrotechnologie sowie Professuren für Mess- und Sensortechnik, Mikrosysteme und Medizintechnik, Mikrotechnologie und Mikrofertigungstechnik. Weiterhin stehen als wichtige außeruniversitäre Forschungspartner die Abteilung für Micro Devices Integration des Fraunhofer-Institutes für Elektronische Nanosysteme und die Abteilung für Systemtechnik des Fraunhofer-Institutes für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik zur Verfügung. Mit dem Smart Systems Campus wurde 2008 ein Gewerbestandort zur Verknüpfung der universitären Forschungseinrichtungen der TU Chemnitz mit Firmen der Mikrosystemtechnikbranche geschaffen, der unterem die 3D-Micromac AG beherbergt.

Seit der Mitte des 19. Jahrhunderts hat Chemnitz den Ruf eines Zentrums des Maschinenbaus. Johann von Zimmermann setzte ab 1848 erstmals in Deutschland in seinem Betrieb ausschließlich auf den Bau von Werkzeugmaschinen. Von anderen belächelt, hatte er damit Erfolg und war der Erste, der in Deutschland nachhaltig und dauerhaft Werkzeugmaschinenbau betrieb. In Chemnitz existiert die älteste sächsische und in Deutschland eine der ältesten Werkzeugmaschinenfabriken: die UNION Werkzeugmaschinen GmbH. Sie wurde 1852 von David Gustav Diehl, einem Elsässer, gegründet. Bereits 1850 befanden sich 62 Prozent aller sächsischen Maschinenbaufabriken in Chemnitz. Damit wurde Chemnitz zur Wiege des deutschen Maschinenbaus und bis zum Ende des Zweiten Weltkrieges wichtigsten Maschinenbaustandort in Deutschland. Es sind über 100 mittelständische Unternehmen in dieser Kernbranche tätig. Darüber hinaus finden sich mehr als 500 Maschinenbau- und Zulieferunternehmen im regionalen Umfeld. Die Branche zeichnet sich durch eine über fünfzigprozentige Exportquote aus. Herausragende Kompetenzen im Raum Chemnitz liegen in der Herstellung von Werkzeug-, Textil- und Sondermaschinen sowie in der Automatisierungstechnik. Mehr als 10.000 Fachkräfte sind in diesem Sektor beschäftigt.