中国科学院沈阳自动化研究所成立于1958年11月。成立之初被称为辽宁电子技术研究所，1960年4月更名为中国科学院辽宁分院自动化研究所，1962年至1972年的名称为中国科学院东北工业自动化研究所，1972年起正式定名为中国科学院沈阳自动化研究所。
2001年5月以前，研究所的中心区域位于沈阳市和平区三好街90号（西区）；2001年5月1日之后，研究所中心区域全部迁移到沈阳市东陵区南塔街114号（东区）。研究所现任所长王越超博士。
截至2009年，全所有正式员工640余人，流动人员450余人；其中，中国工程院院士2人，博士生导师37人（包括客座导师），研究员70余人，副高级职称人员130余人。研究所设有博士学位授予点2个，硕士学位授予点4个，博士后流动站2个。截至2008年底，在读硕士研究生157人，博士研究生172人，在站博士后20人。
研究所设有机器人学研究室、水下机器人研究室、工业信息学研究室、光电信息研究室、自动化系统研究室、现代装备研究室等6个研发单元；设有综合办公室、科技处、工程项目处、人事教育处、财务处、质量管理处、条件处、产业发展办公室等8个管理部门，以及负责文献信息、计算机网络支持服务、期刊编辑出版的信息中心和负责产品生产与管理的机电产品制造中心等2个支撑部门。机器人学国家重点实验室、辽宁省工业通信与控制系统重点实验室、辽宁省数字化协同制造与管理重点实验室等依托于中国科学院沈阳自动化研究所。
建所以来，研究所长期从事工业自动化技术的研究与开发工作。从20世纪80年代初期开始，又在机器人技术、光电信息技术的研究、开发与应用方面不断取得引人瞩目的成绩。获得大量国家级、科学院及地方奖励，为国家高技术科技攻关、国家安全、大中型企业的技术进步与技术改造攻克了一个又一个难关，成为一支值得信赖的攻坚力量。自1985年起，研究所在中国机器人事业发展历史上创造了十八个第一的辉煌业绩，成为我国机器人事业的摇篮。目前，研究所已经成为“机器人技术国家工程研究中心”，中国科学院知识创新工程“先进制造基地”和“国家863计划成果产业化基地”所在地。每年培养大批博士、硕士等高级青年人才，吸引了大量优秀海内外专家学者来所。
1999年，国家批准中国科学院实施知识创新工程试点，研究所成为首批试点单位之一，开展先进制造基地建设。在创新试点过程中，研究所全面贯彻科学院新时期办院方针，实施创新战略重点转移，深化改革，调整内部组织结构，优化人员配置，全面建立并完善人员流动与岗位聘任和项目聘任机制，在国家现代科研体制与机制的建立方面取得了新进展。
研究所的主要学科领域是制造科学。主要研究方向包括：智能机器、先进制造系统和光电技术等。除了开展基础研究之外，研究所还承担了大量的国家攻关、国家高技术863、973、中国科学院重大及方向性等项目以及企业和地方的重大攻关、改造等项目。
研究所主办中文自然科学核心期刊《机器人》和《信息与控制》。图书馆藏书5.3万册，印本期刊991种（其中自动化领域核心期刊占90%以上）；能够访问的国内外大型网络数据库近百种，可获取的资源量数千万条。
研究所与美国、俄罗斯、日本、韩国等国外大学、研究机构和公司建立了长期的紧密合作关系，合作开展基础研究和产品开发，共同培养研究生；与国内多所大学、研究单位以及地方政府、企业共同承担和完成国家、科学院的重大研究或工程项目，共建高技术研究与开发实体。
研究所投资控股或合资的公司有“沈阳新松机器人自动化股份有限公司”等。研究所2000年制定的“开发西区、建设东区、挺进浑南”的发展计划已经取得阶段性重要进展，在沈阳浑南开发区规划的先进制造产业化园，正按整体规划实施建设中。
研究所中心区（东区）环境建设已经结束。一个环境优美，功能配套，具有现代化科研与工作氛围的园区已经形成。
沈阳自动化研究所将为国家科技发展、国民经济建设、国家安全和企业技术进步做出更多、更大的创新性贡献。
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