自動化作為一個現代技術科學領域，是從本世紀四十年代中期開始形成的。其實，要探索自動機械的歷史，可以追溯到古代。早在三千多年前，我國就發明了“銅壺誠漏”的自動計時裝置。大約在兩千年前，發明了自動記錄行程的“記里鼓車”和自動指示方向的“指南車”。東漢張衡利用銅壺滴漏裝置制成了水力天文儀，北宋蘇頌又在此基礎上增加了一個相當于自動調節器的天衡裝置，該裝置對銅壺滴漏中的受水壺作了改進，使得36個均勻分布的受水壺所盛之水均保持一定重量，從而使天衡裝置內的機構盡可能保持恒定的轉速，以提高水力天文儀的精度。

用今天目動化的觀點來看，銅壺滴漏裝置屬于自動檢測或參數恒定系統，指南車是自動定向系統，天衡裝置則是個自動調節器，而張衡利用齒輪系、桿、凸輪傳動機構，完成一系列的順序動作，來自動表示水力天文儀上的每個月的日期，則屬于程序控制的范疇。十八世紀中葉蒸汽機問世后，蒸汽機的控制問題成為其推廣應用的關鍵。1784年英國瓦特采用了能自動調節蒸汽機速度的離心式調速器，才使蒸汽機成為安全實用的動力裝置，得到了廣泛的應用，1829年法國數學家蓬斯萊制造了一種按擾動調節原理工作的蒸汽機轉速調節器。

1874年俄國工程師契柯列夫提出并在實際上應用了作為現代電機自動調節基礎的調整方法，開始應用了按調節量偏差和按擾動進行調節的原理。與此同時，麥克斯韋在離心式調速器應用了幾十年的基礎上，總結出調速器的一些理論。由于對蒸汽機控制的實踐，1877年英國的勞斯和德國的赫爾維茨提出了至今還在用的系統穩定性判據。他們方法的優點是，只需根據系統的特征方程式的系數，應用代數方法就能判別自動調節系統的穩定性，而不必求出其特征根。

至此，自動裝置隨著生產的需要，初步積累了一些設計、應用的經驗，也逐步建立了一些自動化技術的理論基礎，孕育著控制技術的迅速發展。二十世紀自動控制技術得到了飛速發展，并開始形成為一個現代科學技術領域。通常，設計控制系統的首要要求就是穩定性，要求系統在各種不利因素的影響下能保持預定的工作狀態。繼勞斯和赫爾維茨提出了穩定性判據之后，李雅普諾夫在力學中廣泛研究了運動的穩定性問題，所提出的理論和方法，在自動控制理論中得到了廣泛應用，至今仍未失其作用。

在上述理論與應用的基礎上，1923年英國希維賽德為了簡化控制系統的分析與設計，提出了算子法。瑞典的尼魁斯特于1932年研制了電子管振蕩器，提出以傳遞函數為依據的穩定性判別準則。由于組成控制系統的各個部件的頻率特性的數據通常可用實驗方法來確定，因而形成尼氏法的一大優點。蘇聯的米哈依洛夫第一個應用頻率法來研究調節器的穩定性，提供了以應用柯西幅角原理為基礎的線性目動調節系統穩定性的判據，把自動調節系統環節按動態特性加以典型化作為進行結構分析的基礎。

四十年代中，美國的伊文思提出了一種找特征方程的根的簡單圖解方法，即所謂“根軌跡法”，這是一個研究特征方程的根與系統中某一參數關系的圖解方法，彌補了上述尼氏法不能確定系統可以穩定到何種程度的缺點，特別適用于迅速獲知系統的響應，并可使設計者能夠了解滿足系統性能指標可以達到何種程度的近似結果。1945年美國伯德總結了負反饋放大器原理，出版了《網絡分析和反饋放大器設計》一書，利用對數頻率特性，形成了尼魁斯特—伯德法。

戰后陸續公開了這些理論并推廣應用于一般工業生產。如，由美國麻省理工學院物理學家詹姆斯、工程師尼克爾斯和數學家非利浦于1947年出版的《伺服機構原理》一書，系統總結了戰時共同研究的成果，從而促進了向民用工業的移植。在實現生產過程自動化的進程中，除需要了解被控對象的特性外，往往也需要了解人在控制生產過程中的作用，以便有所借鑒，研制出具有相應作用的自動檢測儀表、自動調節裝置和執行機構，從而模仿或代替人的視覺、思維判斷以及手和腳的若干功能，以自動控制取代人工控制。

此外，由于一些自動化系統還需要人參與操縱、調度、管理，對于這種人一機系統，既要研究人，又要研究機器，特別是要研究人和機器的信息交換和控制過程，而且要研究自動機器與生勃機體之間存在著的共同規律，因而一門以數學為紐帶，把研究自動控制、通訊、計算技術等工程技術與生物科學中神經系統的生理和病理等學科共同關心的共性問題，提煉出來而形成的邊緣學科—控制論誕生了。其標志是1949年出版的維納的《控制論》，該書揭示了機器中的通信和控制機能與人的神經、感覺機能的共同規律。

與此同時，美國應用數學家，當時在貝爾實驗室工作的申農發表了《通訊的數學理論》，宣告了信息論的誕生。這也主要是由于第二次世界大戰后，一部分數學工作者和電子學工作者，總結了多年來通訊系統的豐富實踐和二次大戰中得到迅速發展的雷達系統的實踐，加以提高而創立的一門研究各種信息傳輸系統共同規律的學科，它的高度概括性和聯系多種學科的廣泛性，對自動控制理論的形成，起了有力的促進作用。在上述成果和其他有關理論基礎上，經典控制理論漸趨成熟，它大大促進了自動化技術的發展，至此，逐漸形成了自動化學科。