Entre los objetivos que impulsaron su nacimiento estaba el ser un centro interdisciplinar que abarcase diversas ramas de la ingeniería, y que cubriese el ciclo completo de la investigación orientada, desde la básica al diseño de prototipos.
Como actividad formativa, además, el I3A es la sede del Programa de Doctorado en Ingeniería Biomédica, organizado junto con la Universidad Politécnica de Cataluña.
El primer director del instituto fue Manuel Doblaré Castellano.
Debido a esta diversidad, y para organizar de forma más eficiente su trabajo, la labor del instituto está organizada en cuatro grandes Divisiones Estratégicas de investigación (Ingeniería Biomédica, Tecnologías de la Información y la Comunicación, Tecnologías Industriales, y Procesos y Reciclado) y a través de Laboratorios de Vanguardia en áreas consideradas clave para la generación del conocimiento y la transferencia a la sociedad.
Cuenta además con varias infraestructuras clave para el desarrollo de investigación puntera y multidisciplinar: