学校设置有专门的人工智能学院。该学院成立于2024年，由计算机科学最高奖“图灵奖”得主、中国科学院院士姚期智先生领导，致力于人工智能前沿创新研究及顶尖人才培养。

学校聚焦基础前沿突破和交叉学科赋能，重点布局“人工智能核心”与“人工智能+”两大前沿方向，构建涵盖人工智能核心理论、高效算法、具身智能、多模态感知、底层架构平台及科学智能与交叉未来计算模型等多个领域的学科布局。

其中，“人工智能核心”涵盖崭新理论与高效算法、具身智能与多模态感知、底层架构平台、科学智能与交叉应用、未来计算模型（光电、量子等）等方向；“人工智能+”着眼AI对其他学科的带动，涵盖AI安全治理、公共卫生医药、智能汽车与制造、能源及环境等方向。

学校是我国最早开展人工智能研究的大学之一。学校人工智能研究院于2019年宣布成立，是建设世界一流智能学科、服务国家人工智能重大战略、培养智能学科一流人才的主要支撑平台，是支持北大“新工科、新文科、新医科”发展战略的重要支撑平台。

学校人工智能研究方向共有18个，包括计算机视觉、自然语言处理、计算认知与常识推理、通用人工智能芯片9个人工智能核心方向；人工智能安全与治理、计算社会科学、数字人文与文明演化、人工智能艺术4个人工智能与人文社科交叉方向；智慧公众健康、智能应急医疗、智慧医疗与康养、人工智能数字生命4个研究方向；智慧宜居地球1个方向。

学校人工智能学院是学校顺应发展趋势、对接国家战略、服务城市先导产业而成立的特区学院，通过高层次定位和全新体制机制，致力于培养中国自主的人工智能卓越人才，打造新型“政产学研”合作范式，携手上海市、上海人工智能实验室、龙头企业构建“学院-产教融合平台-工业创新研究院”三位一体协同体系，推动形成“人才促进创新，创新推动产业，产业吸引人才”的正循环。

学校人工智能专业依托计算机科学与技术、控制科学与工程、信息与通信工程三个双一流建设学科建设，致力于算力系统、数据处理平台、模型、软硬智能体、智能操作系统等各个层面的协同发展，秉持“1+3+X”的发展路线。

“1”个战略目标，指向全球前沿的人工智能基本原理研究，深入探索和揭示人工智能的核心科学问题；“3”个前沿技术领域，包括下一代底层框架与算法、模型原生操作系统、以及具身智能，旨在实现从基础技术到具体应用的全方位提升；“X”个交叉应用创新，响应国家“人工智能+”行动，加速人工智能在科学、医学、工业、能源、材料、传媒等方面的深度应用与创新发展。

学校人工智能专业设置在工程学院，开设了香港首个“人工智能：系统与科技”学士学位课程，旨在培育具备创新思维与实务能力的专业人才。目前，学校已建成包括中大天石机器人研究所在内的4所人工智能研究所。2月，香港中文大学（深圳）也成立了人工智能学院，开设人工智能本科专业及人工智能哲学硕士-博士项目，与本部各书院紧密协作，探索人工智能时代的人才培养路径。

学校在人工智能领域的研究曾获香港创新科技署“产学研1+计划” 资助七个项目，涵盖先进工程、生物医学以至生物技术等多个创新领域；已与广东省科技厅及港中大（深圳）联合启动「1+1+1」联合资助计划首批项目。

同时，学校在医疗机器人和物流机器人领域取得了突出成就，并自主研发了首个香港AI机械人平台，可广泛应用于物流、零售、自动化工业等多个领域。

2025年5月，学校成立冯诺依曼研究院，通过整合具身智能、生成式人工智能（AI）和先进超级运算等技术，推动跨学科协作，促进新质生产力发展。

冯诺依曼研究院聚焦五大AI关键领域，包括开发新一代多模态AI系统，以处理图像、音频和文本等多样化数据；增强AI逻辑推理能力，建立可信赖的解决方案；开发机器人智能技术，实现模仿人类运动的控制和互动；通过AI驱动的三维理解与生成，创建贴近现实的虚拟生态系统；以及利用大模型改革医疗保健服务，提升治疗效果。