在人類科技發展的歷史進程中，自動化科學和技術始終占有重要地位和作用。早在20世紀50年代，清華大學就設置了與自動化學科有關的壹批專業。1970年5月，學校將有關的專業聯合歸並，組建了國內第壹個自動化系。經過30多年的發展，自動化系在教學和科研上取得了豐碩的成果，為我國培養了大批的學士、碩士和博士，成為我國自動化科學與技術的重要研究和開發基地、培養自動化領域各層次高級專門人才的搖籃，在我國現代化建設中發揮了重要作用。為了適應新技術革命和社會主義市場經濟的需要，進壹步加強基礎，拓寬專業面向，從1993級開始，自動化系本科只設“自動化”壹個專業。
自動化系具有強大的科學研究實力。國家CIMS工程技術研究中心、智能技術與系統國家重點實驗室（分室）、生物信息學教育部重點實驗室、智能交通系統聯合實驗室等多個國家、省部級工程中心及實驗室先後建立在自動化系，在控制理論，復雜制造系統建模與調度優化，系統仿真與虛擬制造，網絡化制造，現代物流與電子商務，管理與決策系統，網絡化系統的建模、分析、優化，復雜系統的描述與控制，生物信息學，信息處理，模式識別，人工智能及機器人，運動體的精密制導、導航與控制，過程控制，系統工程，電子技術，檢測技術，運動控制與電力電子技術，網絡信息安全等多個方向開展研究工作。
自1987年以來，自動化系先後承擔了數百項國家級科研項目,達國際先進水平的62項，屬國內首創的41項，獲國家三大獎的有14項，獲省部級獎53項，獲國內外專利62項。其中，離散事件動態系統的優化理論與方法項目獲得國家自然科學二等獎，地球物理信號處理與識別方法及其應用、關於ARMA模型辨識與諧波恢復的研究等項目獲得國家自然科學四等獎；2000年中國經濟結構的定量分析、城市智能交通管理指揮控制系統等項目獲國家科技進步壹等獎；自適應和專家系統相結合的高爐鐵水含矽量預報系統、CIMS實驗系統的軟件開發及信息集成、加速紡機產品結構優化升級的信息集成與虛擬產品開發技術、大規模復雜生產過程智能調度與優化技術研究及應用等項目分獲國家科技進步二等獎；基於網絡融合的流媒體服務新技術項目獲國家發明二等獎，新型熱水熱量指示積算儀項目獲國家發明三等獎。列入國家863計劃七個高科技項目之壹的CIMS實驗工程，已通過國家鑒定和驗收並於1994年榮獲美國制造工程師學會（SME）頒發的國際大獎—大學領先獎，為我國CIMS研究與應用作出了重大貢獻。 自動化系非常重視基礎研究和應用基礎研究，近3年來，在核心期刊和國際會議上發表論文1732篇，收入SCI檢索刊物317篇。出版了《信息、控制與系統》系列教材，並組織出版《全國高等學校自動化專業系列教材》。
自動化系非常重視課程建設，具有國家級精品課3門，北京市精品課4門，校級和校系***建的各類精品課程達28門。2007年，自動化系華成英教授被教育部授予國家級“教學名師獎”，是自動化系和整個信息學院的教師第壹次獲此殊榮。自動化系近3年出版各種教材和專著50部，被國內大學廣泛采用，並出版了教育部已經認定的“控制科學與工程”學科的全部的兩本研究生教學用書；自動化系曾榮獲省部級教學成果獎23項，清華大學教學優秀成果特等獎1項、壹等獎9項、二等獎35項。在教育部組織的第壹次全國普通高等學校優秀教學成果獎評選中，清華大學所獲的兩項國家級特等獎均出於自動化系。在1997年普通高等學校國家級教學成果獎中，自動化系教師獲特等獎1項、二等獎2項。自動化系鄭大鐘教授由於其在自動控制教育方面的突出貢獻，2000年獲亞洲控制會議頒發的控制教育獎。自動化系有許多學生獲清華大學特等獎學金、清華學生十傑等稱號，獲得市級、校級先進集體、優良學風班和甲級團支部稱號的班級數量位列全校榜首，在歷屆北京市大學生非物理專業大賽中，自動化系學生獲獎等級最高，數量最多。