기계설계산업기사 시험은 1차 필기와 2차 실기로 시행된다. 필기 시험은 객관식 4지 선다형으로 한 문제에 4개의 보기가 주어지며 시험과목은 1) 기계제도 2) 기계요소설계 3) 기계재료 및 측정으로 3과목이다. 과목당 20문제씩 총 60문항이 출제되고, 시험 시간은 과목당 30분으로 총 150분간 실시된다. 필기 과목당 100점 만점을 기준으로 했을 때 3과목의 평균 점수가 60점 이상 되어야 합격이며 과목별 점수는 40점 이상이 되어야 한다. 아무리 평균 점수에서 고득점을 하더라도 어느 한 과목에서 40점 미만이 되면 불합격이 된다. 필기 시험 합격자에 한해서 응시자격 조건을 확인하게 되며 최종합격을 해야 2차 실기 응시가 가능하다.

기계설계산업기사 자격증 시험의 응시자격 조건은 크게 기술자격증 소지자, 전공자, 경력자 3가지로 구분되며 이 중 하나의 항목을 충족해야 한다. 또한 필기 시험에 합격하면 합격자 발표일로부터 2년간 필기 시험을 면제받게 된다.

실기 시험은 '기계설계실무' 과목으로 작업형 방식이다. CAD 시스템을 이용해 기계도면을 작성하거나 수정, 출도를 하여 부품도를 도면 형식에 맞게 배열하고, 단면 형상의 표시 및 컴퓨터를 이용한 부품의 전개도, 조립도, 구조도 등을 설계하며 생산관리, 품질관리, 설비관리 등의 직무 수행 능력이 있는지를 평가하게 된다. 시험 시간은 총 5시간 30분으로 100점 만점을 기준으로 60점 이상을 받아야 한다.