上海交通大学自动化系是由最早的船舶电机系下设的船舶电气设备专业演变而来的。         

1956年交通大学成立上海造船学院设立船舶电机系下设船舶电气设备专业，学生由交通大学电机系二年级中抽调转入继续学习。同时，为尽快开出专业课培养专业教师从当时应届毕业生中招收了若干名研究生，并聘请了原苏联敖德萨海运学院专家卡切廖夫讲授有关课程。

1957年上海造船学院与交通大学上海部分合并为交通大学上海部分，船舶电机系与交通大学的电力系合并，船舶电气设备成为交通大学电力工程系的一个专业。         

1958年9月交通大学为了适应上海市及华东地区尖端技术的发展，在交通大学上海部分成立了无线电系，设立“自动学与远动学”专业，抽调部分高年级学生提前毕业当教师派往交通大学西安部分、哈工大等校学习。又从电机、电气机车等专业的二年级学生中抽调部分学生为专业的第一届学生，组成一个班去交大西安部分借读。        

1960年上海交通大学归国防科委领导，“自动学与远动学”专业改为“导弹自动控制”专业，同时船电专业积极准备成立“船舶消磁”专业。1961年“船舶电工消磁”专业正式成立。        

1963年“导弹自动控制”专业改为“火箭控制与稳定系统”。在“文化大革命”期间专业又进行了调整，1974年船舶电气设备专业与船舶电器设计与制造专业合并后更名为“船舶及船厂电气化自动化”，“火箭控制与稳定系统”专业更名为“船舶惯性导航自动控制”后又改为“自动控制”属通用性专业。        

1976年10月“文化大革命”结束，根据学校总体发展的需要，拓宽专业面，1978年9月专业调整，“自动控制专业”“与船舶及船厂电气化自动化”，“船舶消磁”专业合并为一个专业名为“自动控制”，下设二个专门化：自动控制和船舶及船厂电气化自动化，一个研究室：船舶消磁，合并以后专业力量得到了加强。

1984年在自动控制专业基础上成立了自动控制系，下设工业自动化专业，自动控制专业和消磁研究室，当时全系教职工总计68人。        

1990年经学校批准成立了上海交通大学自动化研究所，负责自动化系的学科建设、博士生培养和重大科研项目的攻关。自动化研究所下设复杂系统控制、智能控制、过程控制、鲁棒与非线性控制、CIMS 技术五个研究室和办公自动化系统开发部。        

1992年在上海交通大学的系级办学水平评估中，自动化系获总评优秀奖，（综合评分名列学校第4名），系级研究生教学评估第1名，系级科研综评为第1名。

1994年11月经上海交通大学校长办公会义讨论通过自动控制系更名为自动化系。2002年,学校确立系为一级学科建设单位，据此精神，将原自动化系与模式识别与图像处理研究所合并组成新的自动化系。        

2007年自动化系中的燃料电池研究所划归学校能源研究院。