一般來說，工業機器人由三大部分六個子系統組成。
三大部分是機械部分、傳感部分和控制部分。
六個子系統可分為機械結構系統、驅動系統、感知系統、機器人-環境交互系統、人機交互系統和控制系統。
1.機械結構系統
從機械結構來看，工業機器人總體上分為串聯機器人和并聯機器人。串聯機器人的特點是一個軸的運動會改變另一個軸的坐標原點，而并聯機器人一個軸運動則不會改變另一個軸的坐標原點。早期的工業機器人都是采用串聯機構。并聯機構定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的一種閉環機構。并聯機構有兩個構成部分，分別是手腕和手臂。手臂活動區域對活動空間有很大的影響，而手腕是工具和主體的連接部分。與串聯機器人相比較，并聯機器人具有剛度大、結構穩定、承載能力大、微動精度高、運動負荷小的優點。在位置求解上，串聯機器人的正解容易，但反解十分困難；而并聯機器人則相反，其正解困難，反解卻非常容易。
2.驅動系統
驅動系統是向機械結構系統提供動力的裝置。根據動力源不同，驅動系統的傳動方式分為液壓式、氣壓式、電氣式和機械式4種。早期的工業機器人采用液壓驅動。由于液壓系統存在泄露、噪聲和低速不穩定等問題，并且功率單元笨重和昂貴，目前只有大型重載機器人、并聯加工機器人和一些特殊應用場合使用液壓驅動的工業機器人。氣壓驅動具有速度快、系統結構簡單、維修方便、價格低等優點。但是氣壓裝置的工作壓強低，不易精確定位，一般僅用于工業機器人末端執行器的驅動。氣動手抓、旋轉氣缸和氣動吸盤作為末端執行器可用于中、小負荷的工件抓取和裝配。電力驅動是目前使用最多的一種驅動方式，其特點是電源取用方便，響應快，驅動力大，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方式，驅動電機一般采用步進電機或伺服電機，目前也有采用直接驅動電機，但是造價較高，控制也較為復雜，和電機相配的減速器一般采用諧波減速器、擺線針輪減速器或者行星齒輪減速器。由于并聯機器人中有大量的直線驅動需求，直線電機在并聯機器人領域已經得到了廣泛應用。
3.感知系統
機器人感知系統把機器人各種內部狀態信息和環境信息從信號轉變為機器人自身或者機器人之間能夠理解和應用的數據和信息，除了需要感知與自身工作狀態相關的機械量，如位移、速度和力等，視覺感知技術是工業機器人感知的一個重要方面。視覺伺服系統將視覺信息作為反饋信號，用于控制調整機器人的位置和姿態。機器視覺系統還在質量檢測、識別工件、食品分揀、包裝的各個方面得到了廣泛應用。感知系統由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化水平。
4. 機器人環境交互系統
機器人-環境交互系統是實現機器人與外部環境中的設備相互聯系和協調的系統。機器人與外部設備集成為一個功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。當然也可以是多臺機器人集成為一個去執行復雜任務的功能單元。
5.人機交互系統
人機交互系統是人與機器人進行聯系和參與機器人控制的裝置。例如：計算機的標準終端、指令控制臺、信息顯示板、危險信號報警器等。
6.控制系統
控制系統的任務是根據機器人的作業指令以及從傳感器反饋回來的信號，支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能。如果機器人不具備信息反饋特征，則為開環控制系統；具備信息反饋特征，則為閉環控制系統。根據控制原理可分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智能控制系統。根據控制運動的形式可分為點位控制和連續軌跡控制。