脑与认知科学研究所的前身是控制理论与技术研究所。控制理论与技术研究所由1955年在电机系设立的“工业企业电气化专业”和“自动学与远动学专业”发展而来。“工业企业电气化专业”于1956年更名为“工业企业电气化与自动化专业”，并于1970年自动化系建系时并入自动化系，组成工业自动化教研组；“自动学与远动学专业”1958年并入自动控制系更名为“自动控制专业”，1979年该专业从事自动控制理论研究与教学的部分教师并入自动化系，组建了控制理论教研组。1999年，工业自动化教研组与控制理论教研组合并，成立控制理论与技术研究所。2020年由于学科调整，更名为脑与认知科学研究所。
研究所依托“脑与认知科学”二级学科建设，主要研究方向涉及：脑工程、脑机理、脑疾病与类脑计算，计算摄像与光电智能计算，量子控制与机器学习、智能无人系统、认知媒体等。
在科研方面，主要科研项目有：自然基金委国家重大科研仪器、科学中心、创新研究群体、重点、国际合作、国家杰出青年科学基金、优秀青年科学基金、面上等，科技创新 2030-“新一代人工智能”重大项目、科技创新 2030-“脑科学与类脑研究”重大项目、重点研发计划重点项目，国家 863 项目、国家支撑计划项目、国家发改委项目、国家重大专项、国际合作项目等。研究所获得的主要奖项有：国家技术发明一等奖 1 次、国家技术发明二等奖 2 次、国家科技进步二等奖 3 次、省部级一、二等奖多次、国际空中机器人大赛冠军等。申请国家发明专利 600 余项，已授权 300 余项；在国际顶级期刊 Nature、 Cell 、Science等发表多篇论文。
在教学方面，2022年，研究所教师戴琼海院士牵头的教师团队入选第二批全国高校黄大年式教师团队。研究所教师讲授《数据结构》《自动控制理论》《视觉信息获取与显示》《运筹学》《计算机视觉》《面向对象程序设计训练》《人工智能基础》《计算机原理与系统》等本科生课程，讲授《矩阵分析与应用》《多传感器融合理论及其应用》《最优控制》《计算摄像学专题》《视频处理和宽带通信》《现代控制理论》《情感计算》等研究生课程。
