清华大学自动化系成立于1970年。1970年5月，清华大学将一批有关的专业联合建立起国内第一个自动化系（初期名为工业自动化系），其人员主要来源于电机系和动力机械系两大部分。 为适应国家工业建设和国防建设的需要，清华大学于五十年代即设置了与自动化学科有关的一批专业，包括工业企业电气化与自动化专业（1955年设在电机系）、自动学与远动学专业（1955年设在电机系，1958年6月并入自动控制系改名为自动控制专业）、热能动力装置专业中的热力设备自动化专门化以及后来的热工量测及自动控制专业（1956年设在动力机械系）等。 1979年7月，学校统筹进行专业布局调整，将原来在计算机系（即前自动控制系）从事自动控制理论研究与教学的部分教师并入自动化系，加强自动化学科的理论基础，成立了控制理论教研组。 自动化系的学科涵盖控制科学与工程一级学科中的七个二级学科。建有控制科学与工程博士后流动站。现有包括国家CIMS工程研究中心、教育部生物信息学重点实验室和国家重点实验室智能技术与系统实验室智能信息处理分室在内的十多个实验室或研究中心。