宇航学院设有航天飞行器技术系、航天制导导航与控制系、宇航推进系、航天信息工程系（原图像处理中心）四个教学科研机构。拥有飞行器设计与工程（航天）、探测制导与控制技术（航天）、飞行器动力工程（航天）、飞行器控制与信息工程、智能飞行器技术（航天）及空天智能电推进技术（航天）六个本科专业。拥有航空宇航科学与技术、控制科学与工程二个一级学科，其中航空宇航科学与技术和控制科学与工程为国家重点学科和博士后流动站，且航空宇航科学与技术学科国内排名第一。拥有飞行器设计、航空宇航推进理论与工程、导航制导与控制、模式识别与智能系统四个博士学位授权点，飞行器设计、航空宇航推进理论与工程、导航制导与控制、模式识别与智能系统四个硕士学位授权点，航天工程专业硕士学位授权点。以上学科专业均是航天领域的核心学科专业，是航天科技发展的重要支撑。
航天飞行器与导弹技术系开设
飞行器设计与工程（航天工程）专业：该学科属
国家重点学科，主要研究各种航天飞行器，包括人造卫星、宇宙飞船、空间站、深空探测器和运载火箭、航天飞机等
空间飞行器及导弹的设计；为这些及相关专业培养获得工程师基本训练的，具有创新精神的高级工程设计和研制人才。毕业生广泛分布在航天、航空、船舶及中科院等各专业院所从事科研、管理等各项工作。
航天导航制导控制系开设探测制导与控制技术专业：学生主要学习电子及控制类专业基础课及专业课，包括目标探测与识别技术、制导与控制技术、传感与检测技术、机电控制技术和系统分析与综合等方面的基本理论和基本知识，毕业后能在有关科研单位、高等学校、生产企业和管理部门从事系统设计，技术开发，产品研制，实验测试和科技管理等方面工作，就业前景广阔。
宇航推进系开设
飞行器动力工程（航天工程）专业：该学科属国家重点学科，以培养航天动力高级工程技术人才为宗旨；主要研究供导弹、火箭和其它空间飞行器的轨道控制与姿态控制使用的各类
火箭发动机，毕业生在航天、航空、能源、交通及热能工程等相关专业有着广阔的就业前景。
1956年中央决定建立第一个导弹火箭设计和研究院（
国防部第五研究院）的同时，就在北航创建了火箭设计和火箭发动机教研室，由屠守锷，曹传钧担任教研室主任。1958年
北京航空学院正式组建了火箭系，设有运载火箭设计、有翼导弹设计、液体火箭发动机设计、固体火箭发动机设计、导弹飞行力学与控制、自动控制、发射装置、遥控遥测等专业，先后为我国航天部门培养并输送了大批毕业生，同时也为其他院校培养了有关此专业的师资。
1958年以火箭系为主，北航研制了我国第一枚液、固两种推进剂的近代两级探空火箭——“北京二号”，并于当年国庆期间发射成功。这是我国最早发射的近代火箭，也是亚洲第一次发射成功的近代火箭。
1988年为适应我国航天工业和科学技术发展的需要，学校决定在原火箭系的基础上成立以培养航天人才，研究航天技术为主的宇航学院，开展教学和科研工作。既培养火箭与空间技术的本科生、硕士与博士研究生，又开展火箭和航天领域的科学研究，组织于国内航天部门及外国同行的学术交流和技术合作。