汽车行业是控制的重要应用领域，仅在2000年就生产了4000万辆汽车，其庞大的规模成为控制技术强大的驱动力。因为这样大的市场，汽车工业对微控制器及集成有模拟、数字输入输出设备的微处理器发展做出了巨大的贡献，同样也激发了廉价尾气排放检测器、加速度计和陀螺仪的发展。汽车工业与航空工业一道成为了基于模型设计的早期使用者，并且为建模、模型控制一体化及控制系统实现的研究提供了沃土（Guzzella & Sciarretta, 2013; Kiencke & Nielsen, 2005）。汽车工业在世纪之交对控制的影响已经越来越大，在21世纪将会更大。
环境问题和可再生石油危机引发了对减少尾气排放和燃油消耗的诉求。1967年，美国加州成立了清洁空气资源委员会（Clean Air Resources Board）；1970年，有关汽车尾气排放的诉求变成了联邦美国法律。反馈尾气排放控制让满足新法要求成为可能。该控制系统使用了新型氧传感器（lambda传感器）、催化转化器、和一个保持转化器氧含量接近于化学计量条件的反馈系统。通用汽车是该控制系统的早期使用者之一。引用通用汽车控制组组长John Cassidy的话讲：
“我想起与Ed Cole的一次会谈，他具有工程师背景，是当时的通用汽车总裁。本来使用一个基于运算放大器的相当简单的电路就可能工作的闭环系统，而Cole先生却在那次会谈中决定让通用汽车采用基于新兴微处理器技术的先进技术路线。从此，行业其它从业者跟风而上。”
20世纪70年代晚期，各种系统投入生产。基于计算机的反馈控制一经引入汽车，便迅速扩展到许多其它功能上。引入防抱死刹车系统（ABS）防止车轮锁死。电子刹车系统（EBS）和电子稳定控制（ESC）分别控制制动器以提高稳定性和转向。这些系统都使用了加速度计和陀螺仪作为传感器。虽然自动巡航控制早就已经被使用，但由计算机控制使其实现更加方便。结果便是，巡航控制如今成为一种标准配置。为了与前面汽车保持固定距离，车上引入了基于雷达传感器的自适应巡航控制。这些系统带来的出色体验激励着汽车制造商引入更复杂的系统，比如碰撞规避、辅助泊车、以及自动驾驶（Caveney, 2010）。
起初，控制系统通常是附加功能。而随着时间推移，已经出现了机械和控制一体化设计的趋向。如今，涡轮增压器的控制让更小的引擎得以使用。而混合动力和电动汽车则是系统与控制协同设计更加突出的典范。
1986年，Pravin Varaiya与Caltrans合作，于加州大学伯克利分校发起了一项雄心勃勃的研究项目——高速公路先进技术方案（Program for Advanced Technology for Highways）（PATH, 1986），该项目探索了利用电子系统联系的汽车编队。1997年，该项目演示了以60英里每小时行驶于圣地亚哥高速路上间隔21英尺的汽车编队，并证明了交通流量可以因此而被翻倍。现金PATH项目依旧继续致力于交通流控制方向，编队对于重型汽车极其高效(AlAlam,Gattami,Johansson,&Tomlin,2013;Liang,Martensson,Johansson,& Tomlin, 2013)。