控制与决策研究所的前身是成立于 1956 年的“热能动力装置自动化教研组”，隶属于动力机械系；1960 年学校成立“热工量测及自动控制”专业，教研组亦随之更名；1970 年校内院系调整，教研组并入自动化系；1981 年专业教研组一分为二，分别成立了“过程控制教研组”和“自动检测及仪表教研组”；1999 年更名为“过程控制工程研究所”；2020 年更名为“控制与决策研究所”。
控制与决策研究所属全国首批重点学科“控制科学与工程”下的二级学科“控制理论与控制工程”。主要研究方向是以运动体、流程工业和大型特种装备为对象，针对复杂工业对象和过程，系统研究建模（包括机理建模、系统辨识与机器学习、软测量等）、控制（包括先进控制、鲁棒控制、非线性控制、模糊控制、随机控制、学习控制、安全控制、间歇控制、分级分布控制等）、智能优化与决策（包括智能优化、仿真优化、操作优化、调度优化、智能决策、知识工程等）、故障诊断与智能维护（包括故障诊断、容错控制、预测维护与实时可靠性等）、工业以太网与现场总线等理论与技术，以及复杂工业过程和复杂运动对象的全流程智能一体化优化理论和技术。
研究所承担了大量国家级项目，包括自然科学基金，国家重点研发计划 ，863、973 以及国家攻关计划项目，并以横向合作的形式承担了大量企业攻关课题。荣获国家自然科学奖二等奖 3 项，多次荣获省部级以上奖励。研究所在过程控制领域的综合实力位居全国高校前列， 其中动态系统故障诊断和智能维护方向的理论研究成果在国际上处于先进行列。
目前，研究所的主要应用研究领域包括大型石化工厂和钢铁企业、无人机、轨道交通、深海载人潜水器、大型特种装备等。
研究所出版了十多部教材和专著, 研究所教师目前开设《自动控制理论》、《过程控制》、《系统辨识基础》、《智能优化算法及应用》等本科生课程，以及《人工神经网络》、《工业数据统计分析与应用》、《动态系统故障诊断与容错控制》、《综合自动化理论与方法》、《运筹学》等研究生课程。
所长：叶昊教授
信息处理研究所拥有“模式识别与智能系统”和“生物信息学”两个二级学科专业。
经过多年的发展，信息处理研究所形成了以智能信息处理理论、方法与应用为核心的 3 个主要研究方向：模式识别与机器学习、生物信息学与计算生物学、智能信号处理理论及应用。研究内容包括模式识别、机器学习、图象分析、信号处理的理论、方法与技术，智能信息处理在机器视觉、智能交通系统、石油物探、雷达、数字通讯等多个领域中的应用，以及基于信息理论与技术的生命科学基本问题的探索。这些方向之间既有各自鲜明的特色，又有紧密的内在联系，相互促进、相互渗透，形成了一个有特色、高水平的模式识别与智能系统学科。
近 5 年来，承担科技部重大专项和自然科学基金项目 20 多项，获得国家和部委级科研和教学奖励 10 多项，在国际期刊上发表高水平论文 300 多篇。
所长：张长水教授
清华大学“系统工程”学科点初创于 1979 年，是国家首批批准的六个系统工程博士学位点之一，也是全国第一批博士点之一，设有博士后流动站。
研究所现有教师 16人，其中中国科学院院士 1 人，教授 5 人，研究员 2 人，副教授 4 人，副研究员 3 人，助理教授 1 人。
研究所主要研究方向包括：非线性系统建模理论与方法，智能交通系统工程，复杂系统理论与应用，优化调度理论与应用，控制与决策分析，智能网联与控制等。重点结合自动化系的学科规划，以无人系统为依托，开展车路协同环境下新型混合交通群体智能控制和基于车路协同的自动驾驶理论方法与关键技术的研究；以工业智能为依托，开展以能量网络模型为核心的信息物理融合能源系统和群智能分布式分层智能决策机制的研究；以智能系统测评为依托，开展一般智能系统与技术的智能性测评分析和测试验证理论方法与关键技术的研究； 以智慧城市为融合目标，融合交通能源系统构建智慧城市的信息物理系统，并基于智能与网络化复杂系统研究智能群体决策与控制理论体系。
研究所承担了系统学、凸优化、系统建模理论与分析、软计算理论与方法、智能交通系统概论、英文科技论文写作和大数据伦理等研究生课程，以及运筹学、系统工程导论、智能交通系统新生研讨课、多媒体技术及应用、数据结构、计算机网络及应用和智慧网联系统等本科生课程的教学任务。同时，为加强本科研究生贯通的教学培养理念，成立了“智能与决策分析”课组，在原有系统学课程的基础上逐步开设智能与决策分析课程；为加强本科自动控制和研究生线性系统理论课程建设，成立了控制课组，在保证已经获评国家级在线精品课程线性系统理论的基础上，努力建设本科自动控制国家级在线精品课程；进一步做好已经获评国家级在线精品课程的研究生素质课《英文科技论文写作》的建设。
近年来，研究所共主持承担和完成国家实验室、国家重点研发计划项目、国家 973 项目、国家 863 项目、国家十一五科技支撑项目、国家自然科学基金重点项目、面上项目、国家十一五科技攻关项目、北京市科委项目、重大横向项目等 60 余项科研项目；曾获国家科技进步一等奖 1 项、二等奖 2 项、省部级科研奖励 10 项。主持科技部 111 高水平引智计划 2.0项目 1 项，是何毓琦讲席教授组依托基地。
研究所拥有智能与网络化系统研究中心和智能车路协同与自动驾驶研究中心，同时拥有智能交通系统联合实验室和清华 - 清鹤视频场景融合联合研究中心，在北京信息科学与技术国家研究中心设有研究方向，并深度参与清华大学 - 美团数字生活联合研究院科研工作。
所长：张毅教授
现有在职教师 9 人，其中教授4 人、研究员1人、副教授 2 人、助理研究员 2 人；其中国家级教学名师 2 名、北京市教学名师 1 人，国家级科技人才 2 人、国家级青年科技人才 1 人。该所拥有“检测技术与自动化装置”博士学位授予点和博士后流动站。
该所面向全校开设《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》、《太赫兹技术概论》等基础课程。负责全系《智能传感与检测技术》、《太赫兹探测与成像技术》等技术基础和专业课程教学，其中《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》是国家和清华大学的首批精品课，曾荣获全国高等院校教学国家级特等奖荣誉。
该所主要研究方向包括：太赫兹痕量探测方法与技术；水陆亚铁磁性目标磁法探测方法与技术；大规模群体紧急疏散理论与方法；智能化检测方法与技术；多传感器信号融合理论与技术；新型大功率电源变流技术；模式识别理论与方法；网络型信号检测与处理技术；控制系统故障检测与诊断技术；智能家电技术等。该所面向国家重大需求，服务于军队和国防建设， 也积极服务于民生需求。近年来获得了国家科学技术进步奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖、教育部科技进步奖一等奖、中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖等。
所长：郑小平教授
导航与控制研究所成立于 2007 年 5 月，现有教授 3 人，研究员 1 人，副教授1人，副研究员 2 人，助理研究员 1 人，其中，国家级重点科技领域首席科学家 3 人，原国家级 863 计划项目专家组组长 1 人，多人在国内外重要学术机构（IEEE、AIAA、国际自动化联盟、自动化学会、航空学会、人工智能学会等）中任职。
研究所依托“导航、制导与控制”二级学科，针对天基、空基、地基等特种智能机器人系统， 开展了系统总体设计、智能导航与控制、行为规划和博弈决策等关键理论与技术研究，研究方向包括智能机器人与系统、多智能体理论与技术、飞行控制系统、飞行管理系统、空中交通管理、航天器导航与控制等。牵头承担并完成了包括国家 863 智能机器人重大项目、国家973 项目、创新特区重点项目、国家大型客机研制重大专项项目、科技部重点研发计划项目、自然基金重点项目和面上项目等，获得国家科技进步特等奖 1 项、省部级科技进步一等奖 4 项、科技进步二等奖 1 项。
教学方面，导航与控制研究所面向本科生、研究生开设了《导航、制导与控制》、《飞行控制系统》、《空间机器人》、《太空机器人技术研讨》、《智能机器人》、《自动控制原理》等多门与机器人、智能无人系统、航天航空器控制的课程。
所长：梁斌教授
工业智能与系统研究所隶属清华大学自动化系，在职教师共 20 人。
研究所主要研究方向为：复杂生产过程计划与智能调度、分布式协同控制及其优化决策、大规模网络化系统基本特性分析与结构辨识、智能研发设计与虚拟仿真及数字孪生、智能感知与机器学习理论及应用、设备健康管理与智能维护、产品表面制造质量智能检测、智能服务与企业集成、工业互联网技术与应用、众智科学与工程、智能生物制造与生物医药、机器人智能操作与人机交互、深海机器人关键技术与系统等。
在教学方面，该研究所承担了自动化系本科生课程 10 余门，包括 CIMS 导论、企业信息化系统与工程、生产系统计划与控制、应用随机过程、运筹学、计算机仿真、计算机语言与程序设计、数据结构、数据库系统原理等。
在科研方面，该研究所作为国家 CIMS 工程研究中心的主体部分，在我国 CIMS 的发展历程中发挥了牵引与导向作用。先后完成了国家863 计划重大攻关项目“CIMS 实验工程”、“并行工程”、“CIMS 应用集成平台”、“虚拟制造”、“敏捷供需链”等以及重大工程项目“成都飞机公司CIMS 工程”、“广东华宝空调器厂CIMS 工程”、“山西经纬纺机公司CIMS 工程”、“广东溢达纺织公司车间调度系统”等。近年来，围绕我国“智能制造”和“新一代人工智能”发展战略，先后主持国家 973 项目“复杂生产制造过程实时智能控制与优化理论方法”、国家“新一代人工智能”基础前沿重大专项“复杂制造环境下的协同控制与决策理论方法”和国家自然基金委重大科学仪器研制项目“深海可控式可视化采样器关键技术研究与样机”等国家重大项目、国家自然科学基金重点项目、科技部重点专项项目和课题 60 余项。20 余年来， 获国家科技进步二等奖 4 项，省部级科学技术一等奖 8 项，二等奖 13 项。
所长：宋士吉教授
脑与认知科学研究所目前在职教师有 15 人，其中教授 / 研究员 8 人，副教授 / 副研究员5 人，助理教授 / 助理研究员 2 人。其中国家级科技人才 5 人，国家级青年科技人才3人，多人在国内外重要学术机构（如中国人工智能学会、中国电子学会、中国自动化学会、中国航空学会、中国图象图形学会等） 中任职，在多个权威学术期刊（如 IEEE TAC、Automatica、IEEE T. Cybernetics 等）担任编委。
该所目前主要研究方向涉及：脑工程、脑机理、脑疾病与类脑计算，计算摄像与光电认知计算，量子控制与机器学习、智能无人系统、认知媒体等。在研的主要科研项目有：国家重大科研仪器、国家 973 项目（首席）、科学中心、科技部科技创新 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、国家自然科学基金项目（重点、国际合作、杰青、创新团队、面上等）、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。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 1 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 等发表多篇论文。
所长：季向阳教授
