在人类科技发展的历史进程中，自动化科学和技术始终占有重要地位和作用。早在20世纪50年代，清华大学就设置了与自动化学科有关的一批专业。1970年5月，学校将有关的专业联合归并，组建了国内第一个自动化系。经过30多年的发展，自动化系在教学和科研上取得了丰硕的成果，为我国培养了大批的学士、硕士和博士，成为我国自动化科学与技术的重要研究和开发基地、培养自动化领域各层次高级专门人才的摇篮，在我国现代化建设中发挥了重要作用。为了适应新技术革命和社会主义市场经济的需要，进一步加强基础，拓宽专业面向，从1993级开始，自动化系本科只设“自动化”一个专业。
自动化系具有强大的科学研究实力。国家CIMS工程技术研究中心、智能技术与系统国家重点实验室（分室）、生物信息学教育部重点实验室、智能交通系统联合实验室等多个国家、省部级工程中心及实验室先后建立在自动化系，在控制理论，复杂制造系统建模与调度优化，系统仿真与虚拟制造，网络化制造，现代物流与电子商务，管理与决策系统，网络化系统的建模、分析、优化，复杂系统的描述与控制，生物信息学，信息处理，模式识别，人工智能及机器人，运动体的精密制导、导航与控制，过程控制，系统工程，电子技术，检测技术，运动控制与电力电子技术，网络信息安全等多个方向开展研究工作。
自1987年以来，自动化系先后承担了数百项国家级科研项目,达国际先进水平的62项，属国内首创的41项，获国家三大奖的有14项，获省部级奖53项，获国内外专利62项。其中，离散事件动态系统的优化理论与方法项目获得国家自然科学二等奖，地球物理信号处理与识别方法及其应用、关于ARMA模型辨识与谐波恢复的研究等项目获得国家自然科学四等奖；2000年中国经济结构的定量分析、城市智能交通管理指挥控制系统等项目获国家科技进步一等奖；自适应和专家系统相结合的高炉铁水含硅量预报系统、CIMS实验系统的软件开发及信息集成、加速纺机产品结构优化升级的信息集成与虚拟产品开发技术、大规模复杂生产过程智能调度与优化技术研究及应用等项目分获国家科技进步二等奖；基于网络融合的流媒体服务新技术项目获国家发明二等奖，新型热水热量指示积算仪项目获国家发明三等奖。列入国家863计划七个高科技项目之一的CIMS实验工程，已通过国家鉴定和验收并于1994年荣获美国制造工程师学会（SME）颁发的国际大奖—大学领先奖，为我国CIMS研究与应用作出了重大贡献。 自动化系非常重视基础研究和应用基础研究，近3年来，在核心期刊和国际会议上发表论文1732篇，收入SCI检索刊物317篇。出版了《信息、控制与系统》系列教材，并组织出版《全国高等学校自动化专业系列教材》。
自动化系非常重视课程建设，具有国家级精品课3门，北京市精品课4门，校级和校系共建的各类精品课程达28门。2007年，自动化系华成英教授被教育部授予国家级“教学名师奖”，是自动化系和整个信息学院的教师第一次获此殊荣。自动化系近3年出版各种教材和专著50部，被国内大学广泛采用，并出版了教育部已经认定的“控制科学与工程”学科的全部的两本研究生教学用书；自动化系曾荣获省部级教学成果奖23项，清华大学教学优秀成果特等奖1项、一等奖9项、二等奖35项。在教育部组织的第一次全国普通高等学校优秀教学成果奖评选中，清华大学所获的两项国家级特等奖均出于自动化系。在1997年普通高等学校国家级教学成果奖中，自动化系教师获特等奖1项、二等奖2项。自动化系郑大钟教授由于其在自动控制教育方面的突出贡献，2000年获亚洲控制会议颁发的控制教育奖。自动化系有许多学生获清华大学特等奖学金、清华学生十杰等称号，获得市级、校级先进集体、优良学风班和甲级团支部称号的班级数量位列全校榜首，在历届北京市大学生非物理专业大赛中，自动化系学生获奖等级最高，数量最多。
