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제어공학은 제어이론·제어기기·제어응용의 세 분야로 나눌 수 있다. 제어기기 분야는 공기식·유압식·전기식 조절계, 조작기계의 연구, 유압식·전기식 서보 기계의 연구를 내용으로 한다. 지금까지의 제어기기는 모두 아날로그 방식이었지만, 최근에는 전자공학의 기술 등 관련기술의 발전에 의해 디지털 방식으로 대체되고 있다. 제어이론은 19세기말에 싹트기 시작했다. 원심조속기(遠心調速機)의 구성이 적절하지 않으면 일정한 회전속도를 얻을 수 없고 헌팅(hunting)이라고 하는 불안정현상이 생겨나는데, J. C. 맥스웰과 E. J. 로스는 이것을 해결하기 위한 연구를 시작했다. 이당시부터 자동제어기의 행동을 기술하는 수학 모델로서 미분방정식이 사용되었는데, 통신공학에서의 되먹임 증폭기이론을 도입하고 수학 모델로서 전달함수라는 것을 사용하여 제어계의 안정해석이나 구성을 논하는 방법이 제2차 세계대전을 전후하여 거의 완성단계에 이르렀다. 되먹임 제어이론이라고 하는 이 방법은 제어계의 움직임을 직관적으로 파악하기 쉽게 하는 것으로서, 전후의 자동제어의 보급에 크게 기여했다. 되먹임 제어이론에서는 제어편차만을 주목했는데, 1960년경부터 제어편차뿐만 아니라 그 변화속도 등 보다 많은 양(제어계의 동적 상태를 기술하는 양)에 주목하는 제어이론이 전개되었는데, 이것이 현대제어이론이다. 이 현대제어이론을 실용화하면 고밀도의 자동제어가 기대되지만 실시된 예는 적었다. 그 이유는 자동제어장치에 복잡한 기능이 요구되기 때문인데, 디지털 방식 제어장치에서는 비교적 쉽게 복잡한 기능을 실현할 수 있으므로 급속히 실용화되는 추세이다. 제어이론 분야에서 연구되고 있는 주제는 제어계의 활동에서 수학의 모델을 만드는 안정성(安定性)·최적제어·학습제어·표본값제어 및 제어하려는 양이 많아 그들 사이에 간섭이 존재하는 경우의 제어문제 등이 있다.