实验室运行管理突出强调培养科研人员的责任感、调动科研人员的创新积极性，使每个科研人员个人价值的实现与实验室的发展、满足国家的需求相联系，营造激发创新的氛围。在具体管理办法上，尽量避免约束性的行政制度，取而代之的是用政策和奖励引导出良好的科研条件、发展空间、宽松灵活和谐的氛围、协调合作的人际关系。

实验室管理体制实行依托单位沈阳自动化所领导下的主任负责制，实验室是具有人、财、物自主管理权限、相对独立的研究实体。

实验室聘请海内外机器人学与自动化方面的专家学者组成学术委员会。学术委员会是实验室的学术咨询机构，负责对实验室的学术方向、研究计划、主要学术骨干的选聘及国际学术交流活动提供咨询和建议。

实验室的主体由进行基础理论和共性关键技术研究的特种与服务机器人、水下机器人、纳米制造自动化技术和工业机器人等四个研究部组成。此外，还包括行政办公室和技术支撑部分。行政办公室是实验室日常事务处理机构，负责后勤、流动人员管理、实验室网站、开放基金课题管理、质量和知识产权保障等工作。