O ile historia Politechniki Łódzkiej rozpoczyna się w roku 1945, to początek historii Katedry Automatyki i Biomechaniki wiąże się z rokiem 1964, kiedy to prof. Z. Parszewski powołał Katedrę Mechaniki i Maszyn. W roku 1970 Katedra ta została przekształcona w Zakład Teorii Maszyn i Mechanizmów w nowo powstałym Instytucie Mechaniki Stosowanej. Funkcję kierownika zakładu pełnił prof. Z. Parszewski, a następnie doc. dr hab. M. Roszkowski i doc. dr inż. K. Grossman (1981-1991).
W roku 1991 po rozpadzie Instytutu Mechaniki Stosowanej na trzy Katedry, kierownikiem nowo powstałej Katedry Automatyki i Dynamiki Maszyn został prof. J. Awrejcewicz, który następnie od roku 1992 został kierownikiem Zespołu Dynamiki Nieliniowej. Od 1994 roku powstaje Zakład Automatyki i Biomechaniki w Instytucie Maszyn Przepływowych, którym kieruje prof. J. Awrejcewicz. Od 1 lipca 1998 roku powołana zostaje przez Rektora Politechniki Łódzkiej na wniosek Rady Wydziału Mechanicznego Katedra Automatyki i Biomechaniki (K16). W 2006 roku powstaje nowy kierunku studiów Mechatronika, którego kierownikiem zostaje prof. J. Awrejcewicz. W październiku 2013, decyzją Senatu jednostka zmienia nazwę na Katedra Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki (K11).
Wieloletnie kierowanie Katedrą przez prof. J. Awrejcewicza (1998-2022) poskutkowało znaczącym rozwojem kadry, bazy naukowej, dydaktycznej i laboratoryjnej, realizacją wielu grantów badawczych, rozpoznawalnością jednostki w zakresie nauk matematycznych i technicznych oraz szeroką współpracą z Uniwersytetami polskimi i zagranicznymi.
Od 2023 roku decyzją Rektora Politechniki Łódzkiej na wniosek Dziekana Wydziału Mechanicznego, stanowisko kierownika Katedry Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki objął dr hab. inż. Paweł Olejnik, profesor uczelni. Od roku 1999 prof. P. Olejnik brał udział w budowaniu Katedry, szeregu prac naukowo-badawczych, tworzeniu nowych kierunków studiów i treści przedmiotów, kształceniu studentów na wszystkich poziomach studiów, jak również współorganizował cykliczną konferencję naukową organizowaną przez jednostkę.