Кафедра автоматики и управления образована в 1993 году путем объединения двух старейших кафедр факультета - кафедры автоматического управления (АП-3) и кафедры систем ориентации и стабилизации летательных аппаратов (АП-2). Кафедра АП-2 была организована в 1956 в связи с открытием на факультете новой специальности - 0609 - "Гироскопические приборы и устройства". Организатором и первым руководителем кафедры был создатель факультета, выпускник КАИ с дипломом №1, кандидат технических наук, профессор Максимов Вячеслав Васильевич (1908 г. - 1974 г.). Кафедру АП-2 в разные годы возглавляли: профессор Максимов В.В. (1956 г.-1974 г.), профессор, Заслуженный изобретатель РСФСР Чистяков А.И. (1975 г.-1987 г.), доцент Мордашов Ю.П. (1987 г.-1988 г.), доцент Кривошеев С.В. (1988г.-1992г.). Исторически сложилось так, что на кафедре велась подготовка специалистов и проводились научные исследования по двум направлениям: гироскопическим приборам и системам ориентации и навигации (проф. Максимов В.В., доц. Арутюнов С.С., доц. Кривошеев С.В., доц. Потапов А.А.) и системам управления подвижными объектами (автопилотам) различного назначения (проф. Чистяков А.И., проф. Романенко Л.Г., доц. Милехин Л.Н.). В 1960 г. при кафедре АП-2 была создана НИЛ №27, которая стала полигоном для создания и испытания новых систем управления и ориентации и кузницей научных кадров. За годы существования лаборатории было разработано, защищено авторскими свидетельствами и патентами, внедрено в промышленность много оригинальных технических решений: системы управления самолетами-мишенями и дистанционно пилотируемыми ЛА; системы управления и контроля буксируемыми и автономными подводными объектами для исследования морей и океанов и судами на подводных крыльях; малоразмерные путеизмерительные системы контроля состояния ж.д. полотна; малогабаритные гиростабилизаторы оптико-механических устройств, стенды-тренажеры по гироскопической технике, гироскопические инклинометры, магнитные компасы и прецизионные опоры. Комплексы для исследования океана успешно демонстрировались на ВДНХ СССР и за рубежом, а сотрудники кафедры Чистяков А.И., Матусевич В.В., Ротермель Л.В., Милехин Л.Н., Тихомиров И.А. были награждены медалями и дипломом Почета. На базе разработок НИЛ N 27 были созданы подводные аппараты, которые применялись в исследовательских научных экспедициях под руководством профессора Чистякова А.И. на судах АН СССР в Тихом, Индийском и Атлантическом океанах (1970, 1971, 1974, 1976, 1977, 1979 гг.). Защитили кандидатские диссертации Арутюнов С.С., Чистяков А.И. - 1960 г., Ковшов Г.Н. – 1965 г. (первый, кто защитил диссертацию по гироскопической технике), Романенко Л.Г. - 1969 г., Мордашов Ю.П., Петров В.Н., Потапов А.А. - 1972 г., Милехин Л.Н. - 1973 г., Дмитриев Г.Н., Лобов Г.В. - 1974 г., Шилов А.В. - 1975 г., Кривошеев С.В., Лоскутов А.А. - 1976 г., Чистяков О.А., Филюнин С.В. - 1984 г. В 1976 году А.И. Чистяков защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук, а в 1979 г. он был удостоен почетного звания "Заслуженный изобретатель РСФСР". В 1983 г. доценты Арутюнов С.С., Кривошеев С.В. и инженер Хохлов В.М. были награждены знаком "Изобретатель СССР", а проф. Романенко Л.Г. Федерация Космонавтики СССР наградила медалью имени академика Макеева В.П.

С 1991 г. лаборатория № 27 занимается по конверсионной тематике созданием гироскопических и магнитных инклинометров для обследования нефтяных, газовых и геодезических скважин. Выпускники кафедры АП-2 работали и работают в различных областях народного хозяйства, находятся на ответственных постах (Ведерников А.А. - главный конструктор Уральского приборостроительного завода, Дивавин Г.В. - директор завода "Электроприбор", Чарышев Ш.Ф. - д.т.н., профессор, академик Международной академии информатизации и академии управления и навигации, Салаев Ю.Н. - главный инженер ПО "Элекон"). Ковшов Г.Н. – д.т.н., профессор, зав. кафедрой Днепропетровской строительной академии, автор многих книг по инклинометрии скважин. Кафедра автоматического управления (каф. АП-3) организована на факультете в 1957 г. в связи с открытием на факультете еще одной новой специальности - 0654 - "Системы управления летательными аппаратами". Ее первым заведующим и организатором был выпускник Ленинградского института связи, доцент, кандидат технических наук Митрофанов Иван Емельянович (1918г.-1976 г.), специалист в области телемеханики, автор целого ряда изобретений, участник Великой Отечественной Войны. Определяющее влияние на рост научного уровня кафедры оказал профессор, д.т.н. Галиуллин Абдельхак Сафиуллович, воспитанник знаменитой Казанской школы устойчивости Н.Г.Четаева, ученик профессора Каменкова Г.В. Им был организован первый научный семинар кафедры по автоматическому управлению. Семинар под руководством А.С. Галиуллина работал с 1957 г. по 1961 г., вплоть до его перевода в Москву на должность зав.кафедрой теоретической механики и декана факультета физико-математических наук созданного Университета Дружбы народов. В работе семинара принимали участие все сотрудники кафедры и студенты-старшекурсники: Мухаметзянов Н.А., Александров А.Г., Александров Ю.В., Червякова Л.А., ставшие докторами и кандидатами наук в области автоматического управления.

С 1968 г. по 1980 г. кафедрой заведовал д.т.н., профессор Ахметгалеев Ильяс Ибрагимович - специалист по анализу многомерных нелинейных систем автоматического управления, много сделавший для повышения научного уровня кафедры, впоследствии профессор кафедры ЛИАП. Сотрудники кафедры доц. Ю.А.Александров, доц. А.У.Алпаров, доц. Н.Н.Маливанов, проф. А.А.Балоев, проф. А.С.Земляков, доц. А.В.Маханько, доц. И.М.Митрофанов и др. совместно с сотрудниками других кафедр КАИ под руководством академика В.М.Матросова принимали активное участие в разработке стратосферной солнечной обсерватории "Сатурн", созданной в 60-70 годы на ПО "КОМЗ" и позволившей получить в трех полетах в 1970-71 гг. уникальную астрофизическую информацию. За цикл работ по развитию метода векторных функций Ляпунова профессору А.С.Землякову совместно с группой специалистов Иркутского ВЦ АН СССР во главе с академиком В.М.Матросовым (все - выпускники КАИ) в 1984 г. присуждена Государственная премия СССР в области науки и техники. В 1980-1982 гг. обязанности зав.кафедрой выполнял к.т.н., доцент Аксянцев А.М., специализирующийся в области устойчивости движения и фильтрации стохастических систем.

С 1982 г. кафедрой заведует известный специалист по оптимальному управлению динамическими системами, академик международной академии высшей школы АН Татарстана, д.т.н., профессор Дегтярев Геннадий Лукич, ректор университета. Под его руководством успешно проведены исследования по управлению динамическими системами при неполной информации, выполнен большой цикл работ по оптимальному управлению системами с распределенными параметрами, синтезу управления и исследованию динамики упругих космических аппаратов, крупногабаритных космических конструкций, следящих систем и приборов на подвижном основании, проектированию адаптивных оптических систем. Эти НИР были внедрены на ряде ведущих предприятий страны по авиационно-космической технике, в числе которых входит НПО Прикладной механики им. Академика Решетнева (г. Красноярск). Коллектив под руководством проф. Г.Л. Дегтярева выполнил исследования по разработке ряда ИСЗ связи, навигации и телевидения ("Молния", "Горизонт" и др.). Существенный научный вклад в эти исследования внесли сотрудники кафедры Маханько А.В., Аузяк А.Г., Ризаев И.С., Терентьев С.А., Мещанов А.С., Сиразетдинов Р.Т., Файзутдинов Р.Н., Капустин А.Г., Богомолов Ю.А. и др.

С 1986 года кафедрой начата подготовка инженеров по специальности "Робототехнические системы и комплексы", а с 1994 года - по специальности "Управление и информатика в технических системах". Коллективом кафедры был проведен большой объем работ по научно-методическому обеспечению, разработаны комплексы учебных планов и программ, создана новая лабораторная база, введен в строй ряд надежно функционирующих роботов и автоматических устройств. Огромную работу по становлению специальности проделали ветераны кафедры: доценты Аксянцев А.В., Алпаров А.У., Кузьмин Г.А., Маханько А.В., Мещанов А.С. и др. Кафедра ведет научно-исследовательские работы по программам Министерства образования и науки РФ, Академий наук РФ и РТ, а также по заказам предприятий. Тематика исследований охватывает широкий круг проблем - от разработки методов анализа и синтеза сложных систем управления до решения конкретных прикладных проблем автоматизации. Во всех этих работах имеют возможность принять участие студенты. Кроме того, на кафедре работают кружки по программированию на персональных ЭВМ по теории управления сложными объектами, по электронным устройствам автоматики, по микропроцессорным управляющим устройствам.

С 1990 г. успешно функционирует совместная КГТУ им. А.Н.Туполева и Института механики и машиностроения КазНЦ РАН лаборатория устойчивости и управления (зав.лаб. д.ф.м.н., проф. Маликов А.И.). В лаборатории в духе традиций Казанской Четаевской школы устойчивости движения ведутся исследования по устойчивости систем управления с изменяющейся структурой. Выполняются проекты по Федеральной целевой программе "Интеграция науки и высшего образования РФ" и по программе Президиума РАН "Управление механическими системами". В 2012 г. в Казани кафедрой совместно с другими кафедрами КГТУ им. А.Н.Туполева проведена X Международная Четаевская конференция по Аналитической механике, устойчивости и управлению движением. В работе конференции приняли участие 7 академиков, 7 член-корреспондентов РАН 8 академиков и член-корреспондентов АН РТ, представители США, Франции, Германии, Украины, Узбекистана, а также 18 городов Российской Федерации. Конференция была посвящена 100 летию со дня рождения основателя Казанской школы устойчивости движения Н.Г.Четаева, памяти Выпускника КАИ, академика В.М. Матросова.

В 2017 г. в Казани кафедрой совместно с другими кафедрами КНИТУ-КАИ проведена XI Международная Четаевская конференция. С результатами научных исследований выступили преподаватели кафедры Дегтярев Г.Л., Маликов А.И., Балоев А.А., Мещанов А.С., Аузяк А.Г., Алпаров А.У., Терентьев С.А., Старостин Б.А., Файзутдинов Р.Н. и другие.

В 2019 г. заведующим кафедры стал доктор педагогических наук, профессор Маливанов Н.Н.