实验室紧密结合国家轨道交通的长远发展与现实需求，秉承“结合背景开展应用基础理论研究，结合实际重大需求形成关键技术”的研究理念，本着“研究力求原创，技术取得突破，成果促进产业”的指导思想，围绕轨道交通运输组织、运行控制、安全保障、信息通信等开展致力于轨道交通控制与安全科学技术方面具有创新性的应用基础理论研究和基础性工作，形成适合我国国情的具有自主知识产权的轨道交通控制与安全核心技术及装备体系，建成轨道交通领域应用基础理论和基础性工作的国际一流的研究基地，为我国轨道交通控制与安全领域的原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新以及高水平人才培养提供平台。
实验室依托
交通运输工程和
信息与通信工程这两个一级学科国家重点学科，和在学科评估中连续四次蝉联全国第一的
系统科学学科。
实验室围绕国家重大战略及指南要求，结合自主运行科技问题，布局五个重点研究任务：列车自主追踪与协同管控、运行环境智能感知与监测预警、行车安全关键设备设施状态监测、车车/车地高可信信息传输、安全系统设计与自主芯片。
先进轨道交通自主运行全国重点实验室的前身
轨道交通控制与安全国家重点实验室筹备于2005年，2006年5月获科技部批准建设，2008年2月通过科技部委托国家自然科学基金委组织的评估，2008年底，实验室开始以实体化方式运作，2019年3月，被科技部在2018年工程领域和材料领域国家重点实验室评估结果为工程领域良好类实验室，2023年，批准重组为先进轨道交通自主运行全国重点实验室。
实验室位于
北京交通大学思源楼8 至13 层, 占地面积约6800 平方米；现有科研仪器设备总价超过1 亿元，其中百万元以上设备11 套，三十万元以上设备68 套。
实验室现有人员112人，其中正高54人，正高比例为48%，副高39人，有博士学位的科研人员占97%，大多数具有在国外工作学习的经历，与国外相关研究机构有着良好的合作关系。实验室学术带头人包括：
实验室实行
北京交通大学领导下、学术委员会指导下的主任负责制，采用“开放、流动、联合、竞争”的运行机制；按照学校独立二级机构进行实体化管理，以相关学科为支撑，相关学院共同建设。