随着近代科学的发展，学科越分越细，分支学科也越来越多。另外，学科与学科之间、科学与技术之间的交叉渗透，使得自然科学趋于整体化，科学与技术趋于一体化，各种研究和工程技术越来越复杂，规模也越来越庞大。科学、技术、生产的相互渗透，使各种控制问题越来越复杂，这使得人们必须更多地从整个系统出发考虑和解决问题。于是在20世纪中叶，应运而生了由系统论、信息论和控制论构建起来的系统科学。到了60年代，由于出现复杂的工程大系统需要用计算机来控制生产过程，系统辨识成为重要研究课题。
所谓系统科学，就是以系统的存在和发展规律为研究对象的一种学科体系。同其他科学一样，系统科学也包括基础理论科学、技术基础科学和工程应用科学三个层次。系统论主要就是研究各种复杂系统的基本理论及其各系统的相互作用的基本规律。而信息论和控制论则是系统科学体系中的技术科学层次，是沟通系统工程技术与系统科学基础理论的桥梁。信息论主要是研究对系统信息的认识问题，控制论主要是研究对系统信息的利用问题。在研究系统中所存在的信息传递和控制的过程中，信息论和控制论不但提供了一套描述不同系统的统一词汇和概念，而且给出了解决系统特定问题的研究方法。
系统一词，来源于古希腊语，是由部分组成整体的意思。一般系统论则试图给一个能描示各种系统共同特征的一般的系统定义，通常把系统定义为：由若干要素以一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。钱学森把极其复杂的研究对象称为系统。美籍奥地利理论生物学家贝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy，1901—1972），是系统论的创始人。
贝塔朗菲的系统论思想发端于“机体论”。他在1924年—1932年间发表的《现代发展论》、《理论生物学》等著作中都表达了他的机体论思想，提出了生物学的有机概念。强调生物有机体是一个整体、一个开放系统；生物有机体与环境又组成一个大的系统。认为生物科学的任务就是要发现生物系统中的运动规律，并提出用数学和模型方法来研究生物机体系统论。贝塔朗菲的这种系统论思想的萌芽在当时并没有受到重视。1937年，他在芝加哥大学讲演时第一次明确提出了一般系统论的原理，但由于种种原因没有正式发表，直到1945年他写的《关于一般系统论》一文中又一次提出了一般系统论的原理并在同年的《德国哲学周刊》上正式发表。由于战争的发生，该杂志被毁于战火之中，论文也就不为人知。但是贝塔朗菲并不气馁，他坚信自己确立的一般系统论原理是符合现代科学的发展的。他坚持不懈地研究和宣传，终于在1948年正式确立了一般系统论为社会所承认。他在同年出版的《生命问题》一书，概括了系统思想在历史上的发展和一般系统论的基本理论，是一般系统论问世的主要标志。从此贝塔朗菲为系统论的宣传和传播作出了积极的努力。1954年他同经济学家保尔丁，生物数学家拉波特等一起创立了“一般系统论学会”，该学会在美国许多城市都设立了地方团体，在社会科学、行为科学、政治科学、经济学等领域中推广并促进系统论的发展。1968年贝塔朗菲全面总结40年来的工作和研究成果，出版的《一般系统论：基础、发展和应用》一书成为一般系统论的经典著作。
英文信息一词（Information）的含义是情报、资料、消息、报导、知识的意思。所以长期以来人们就把信息看作是消息的同义语，简单地把信息定义为能够带来新内容、新知识的消息。但是后来发现信息的含义要比消息、情报的含义广泛得多，不仅消息、情报是信息，指令、代码、符号语言、文字等，一切含有内容的信号都是信息。信息论的创始人是美国贝尔电话研究所的申农。
申农（C。E。Shannon，1916-2001），美国数学家，是控制论的创始人维纳的学生。他为解决通讯技术中的信息编码问题，突破老框框，把发射信息和接收信息作为一个整体的通讯过程来研究，提出通讯系统的一般模型；同时建立了信息量的统计公式，奠定了信息论的理论基础。1948年申农发表的《通讯的数学理论》一文，成为信息论诞生的标志。申农创立信息论，是在前人研究的基础上完成的。1922年卡松（Cur Son）提出边带理论，指明信号在调制（编码）与传送过程中与频谱宽度的关系。1924年奈奎斯特（Nyguist。H）发表了名为《影响电报速率因素的确定》的文章。1928年哈特莱（Hartley，L。V。R）发表《信息传输》的文章，首先提出消息是代码、符号而不是信息内容本身，使信息与消息区分开来，并提出用消息可能数目的对数来度量消息中所含有的信息量，为信息论的创立提供了思路。美国统计学家费希尔从古典统计理论角度研究了信息理论，苏联数学家哥尔莫戈洛夫也对信息论作过研究。法国物理学家L。布里渊（L。Brillouin）1956年发表《科学与信息论》专著，从热力学和生命等许多方面探讨信息论，把热力学熵与信息熵直接联系起来，使热力学中争论了一个世纪之久的“麦克斯韦妖”的佯谬问题得到了满意的解释。英国神经生理学家阿西比（W。B。Ashby）1964年发表的《系统与信息》等文章，还把信息论推广应用于生物学和神经生理学领域，也成为信息论的重要著作。这些科学家们的研究，以及后来从经济、管理和社会的各个部门对信息论的研究，使信息论远远地超越了通讯的范围。
控制论作为一个相对独立的科学学科的形成却起始于上世纪二三十年代，而1948年美国人维纳出版了《控制论》一书，标志着控制论的正式诞生。从控制的观点揭示了动物与机器的共同的信息与控制规律，研究了用滤波和预测等方法，从被噪声湮没了的信号中提取有用信息的信号处理问题，建立了维纳滤波理论和信号预测理论，也提出了信息量的统计数学公式，甚至有人认为维纳也是信息论创始人之一。
维纳（Norbert Wiener，1894—1964），美国数学家，控制论创始人。维纳少年时是一位天才的神童，他11岁上大学，学数学，但喜爱物理、无线电、生物和哲学，14岁考进哈佛大学研究生院学动物学，后又去学哲学，18岁时获得了哈佛大学的数理逻辑博士学位。1913年刚刚毕业的维纳又去欧洲向罗素、哈代和希尔伯特这些数学大师们学习数学，正是多种学科在他头脑里的汇合，才结出了控制论这颗综合之果。1919年维纳在麻省理工学院任教。在研究勒贝格积分时，就从统计物理方面萌发了控制论思想。第二次世界大战期间，为了对付德国的空中优势，英美两国极待提高他们的防空体系的性能。维纳两次参加了美国研制防空火力自动控制系统的工作。当时高射炮发射出的炮弹的速度比德国的飞机快不了多少，而飞机驾驶时有一定随机性，这就要求高射炮在瞄准时不能再直接对准目标或只是有个大约的提前量，而是要预测飞机将要飞到的精确位置，以使击中目标，这就产生了自动控制问题。维纳概率论和数理统计等数学工具用于火炮控制系统提出了一套最优预测方法，但这只能给出一种可能性最大预测，并不能给出百分之百的击中率。为此他开始把早年学的动物学知识用了起来。
1943年维纳与别格罗和罗森勃吕特合写了《行为、目的和目的论》的论文，从反馈角度研究了目的行为，找出了神经系统和自动机之间的一致性，这是第一篇关于控制论的论文。这时，神经生理学家匹茨和数理逻辑学家合作应用反馈机制制造了一种神经网络模型。第一代电子计算机的设计者艾肯和冯·诺依曼认为这些思想对电子计算机设计十分重要，就建议维纳召开一次关于信息、反馈问题的讨论会。1943年底在纽约召开了这样的会议，参加者中有生物学家、数学家、社会学家、经济学家，他们从各自角度对信息反馈问题发表意见。以后又连接举行这样的讨论会，对控制论的产生起了推动作用。《控制论》一书的副标题是“关于在动物和机器中控制和通信的科学”。
控制论是多门科学综合的产物，也是许多科学家共同合作的结晶。控制论诞生后，得到了广泛地应用与迅猛地发展，大致经历了三个发展时期。
第一个时期为20世纪50年代，是经典控制论时期。这个时期的代表除了生物控制论外，有我国著名科学家钱学森1945年在美国发表的《工程控制论》。
第二个时期是20世纪60年代的现代控制论时期。导弹系统、人造恒星、生物系统研究的发展，使控制论的重点从单变量控制到多变量控制，从自动调节向最优控制，由线性系统向非线性系统转变。美国卡尔曼提出的状态空间方法以及其他学者提出的极大值原理和动态规划等方法，形成了系统测辨、最优控制、自组织、自适应系统等现代控制理论。
第三个时期是20世纪70年代后的大系统理论时期。控制论由工程控制论、生物控制论向经济控制论、社会控制论和人口控制论等发展。1975年国际控制论和系统论第三届会议，讨论的主题就是经济控制论的问题。1978年的第四届会议，主题又转向了社会控制论。电子计算机的广泛应用和人工智能研究的开展，使控制系统显现出规模庞大，结构复杂，因素众多，功能综合的特点，从而控制论也向大系统理论发展。在1976年国际自动控制联合会的学术会上，专题讨论了“大系统理论及应用”问题。控制论也形成了工程控制论、生物控制论、社会控制论。其中生物控制论又分化出神经控制论、医学控制论、人工智能研究和仿生学研究。社会控制论则把控制论应用于社会的生产管理、效能运输、电力网络、能源工程、环境保护、城市建议，以至社会决策等方面。维纳在1950年出版的《人有人的用处——控制论和社会》一书中着重论述了通信、法律、社会政策等等与控制论的联系。阿希贝1958年发表的《控制论在生物学和社会中的应用》一文，认为运用非线性系统的控制理论，可以研究社会系统。
为了解决控制与决策中的非数值问题和适应20世纪80年代以后智能机研究的需要，以及要解决知识信息处理的问题，遂产生了知识工程，并已研制成专家系统、自然语言理解系统和智能机器人等。
进入20世纪，科学的发展不但极为迅猛，还表现出了一些新的特点和趋势。最显著的特征之一就是整个科学体系已成为一个庞大而复杂的系统，构成了一个大科学的态势。这主要表现为：（1）科学研究已不再是个人或少数人在实验室里的活动，而成为一项社会事业，成为国家的一个重要部门。科学家人数成倍地增加。科研组织规模日益扩大并出现了空前的国际合作。科研经费以惊人的幅度增长。各国政府都加强了对科学研究的规划、管理和经费投入。（2）当代科学形成了分层次的、立体网络式的、开放的大系统。一方面，原有的传统学科不断分化，分支学科越来越多、越分越细，专业化越来越强。另一方面，各学科又相互渗透、交叉、融合，学科之间的界限越来越不明显，出现了许多交叉学科、边缘学科、横断学科。自然科学与社会科学相互交叉，出现了科学社会学、环境科学、社会学、决策科学等一大群交叉学科。（3）众多学科的协同作战成为科学研究的一种重要形式。随着科学研究的深入，面临的课题越来越复杂，单一学科的研究已无法胜任，科学研究的社会化和国际化日益突出。因此，多学科的联合攻关已成为科学研究的重要形式。这既是社会发展的需要，也是科学发展的必然。