自动化系拥有高水平的师资力量。截止2020年，自动化系现有教师89人，其中教授、研究员40人，副教授、副研究员40人，助理教授、助理研究员9人。中国科学院院士2人，中国工程院院士2人，国家教学名师获得者2人，教育部长江特聘教授3人，国家杰出青年基金获得者12人，国家优秀青年基金获得者12人。自动化系聘请了国际著名控制科学家、美国工程院院士、中国科学院与工程院两院外籍院士、哈佛大学何毓琦教授和国际著名生物信息学和系统生物学家、美国科学院院士、南加州大学W.S.Waterman教授担任讲席教授。聘请了著名控制科学家、原中国工程院院长宋健院士，著名控制理论学家郭雷院士，著名模式识别学家马颂德研究员，吴宏鑫院士，孙柏林将军等担任兼职教授，聘请了国际著名自动控制与机器人学家、美国华盛顿大学谈自忠教授，美国工程院院士、加州伯克利大学Shankar Sastry教授担任客座教授。自动化系何毓琦讲席教授组为清华大学的第一个讲席教授团组。

自动化系在本科教学上有优良的传统和雄厚的基础，是新中国最早开设和建设自动化专业课程的高校院系之一。在一批著名学者和教学大师的不懈努力和带动下，自动化系一直是全国自动化专业教育的引领者。自动化系一直在培养环节中落实“厚、宽、实、创”的理念，充分体现本专业发展特点。近年来，随着研究型大学的建设和教学改革的不断深入，自动化系结合学科“十三五”规划，确定了自动化专业“智能”和“系统”的发展方向。在培养计划上，2017年对本科培养方案和教学计划进行了重要调整，突出了主干课程，加强了实践教学环节，增设了自主发展课程，构建了具有自动化专业特点的核心课程体系。在培养模式上，进一步丰富了教学资源，拓展了包括网络教学在内的多种授课形式，有力地促进了学生个性化培养。

自动化系一贯高度重视研究生教育教学，秉持优良的教学传统，拥有国内一流的师资队伍，雄厚的教学力量。在多年的研究生教育教学过程中，自动化系秉持学校“三位一体”的人才培养理念，不断深化改革，积极开展多项研究生教育教学改革项目，深入开展研究生课程体系建设和课程改革，实施国际双学位项目，推动研究生国内外实践平台建设，创新专业学位研究生培养机制；激励研究生解决国际前沿科学问题及科学难题，并培养他们成为自动化系各项重要科研成果中的骨干力量，实现博士生论文质量的持续提升，为国家输送了一大批卓越的人才。