1980年，畢業于東北電力學院，1983年，獲東北工學院碩士。

1985年，獲東北工學院博士。

2002年，獲何梁何利基金科學與技術進步獎。

2003年，獲遼寧省科技功勛獎。

2010年，獲英國皇家工程院Distinguished Visiting Fellowship。

2011年，日本學術振興協會 (JSPS) Invitation Fellowship。

提出了多變量自適應解耦控制理論與方法，與智能控制、計算機集散控制技術相結合，主持研制出智能解耦控制技術及系統，并應用于20萬千瓦國產機組鋼球磨中儲式制粉系統和進口30萬千瓦發電機組的機爐協調系統等工業過程，取得顯著應用成效。提出以生產指標為目標的復雜工業過程優化控制方法，并主持研制了選礦過程優化控制技術和金礦企業綜合自動化系統，應用于企業，產生了顯著的社會經濟效益。先后獲國家科技進步二等獎二項，省部級特等獎一項，一等獎七項。

柴天佑教授長期以來從事智能解耦控制、自適應控制、過程工業綜合自動化等領域的應用基礎和工程技術的研究，先后主持與完成國家自然科學重點基金、863高技術計劃、國家攻關計劃、國家高技術產業化專項以及企業重大自動化工程等30余項科研項目，取得多項創新性成果，產生顯著的社會與經濟效益。

針對常規解耦控制理論與方法難于對具有不確定性的多變量強耦合的復雜工業過程進行有效控制的難題，他首先在國際上提出多變量自適應解耦控制的研究方向，打破傳統解耦控制思想，提出了基于控制器設計與直接對閉環系統解耦相結合的在線解耦控制策略, 系統地提出了20余種多變量自適應解耦控制算法，建立了算法的穩定性和收斂性分析，結合電力、冶金等行業的具有多變量強耦合、強非線性、參數時變、生產條件與運行工況變化大、常規控制系統難于投入運行的復雜工業過程開展了應用研究，將所提出的自適應解耦控制方法成功應用于冶金多段加熱爐、余熱鍋爐、合金鋼棒材連軋機立式活套、大型風洞、化工精餾塔等，取得了顯著的應用成效。

該項成果發表的論文被SCI收錄10篇，被EI收錄37篇，經SCI檢索被引用38次。應邀在國際會議上作大會特邀報告，在國家科學技術學術著作出版基金資助下出版了“多變量自適應解耦控制及應用”專著，該成果獲得2002年遼寧省自然科學一等獎。

他帶領課題組將自適應解耦控制方法與智能控制、計算機集散控制技術相結合，研發了智能解耦控制技術及系統并應用國產20萬千瓦發電機組的鋼球磨中儲式制粉系統，進口30萬千瓦發電機組的機爐協調等復雜工業過程，解決了由于具有多變量強耦合、強非線性、參數時變、運行工況變化頻繁等綜合復雜特性，使得常規控制系統不能投入自動運行，造成能耗高，污染嚴重這一重大關鍵技術難題，取得顯著經濟效益和社會效益。

研究成果獲得省部級科技進步一等獎3次。“多變量智能解耦控制技術及應用”獲得1999年國家科技進步二等獎，“多變量智能解耦控制理論、方法及應用”被評為1999年度中國高校十大科技進展。

他提出了建模與控制相集成的以綜合生產指標為目標的復雜工業生產過程優化控制方法。他率領課題組針對中國礦山資源品位低，采、選、冶生產過程復雜，關鍵工藝參數等難于在線連續測量、工況多變、運行環境惡劣、難于實現生產過程的優化控制的難題，提出選礦生產過程優化控制技術及企業綜合自動化的全局解決方案，研發了企業綜合自動化系統，成功應用于遼寧排山樓金礦，酒鋼集團選礦廠等企業，產生了顯著的經濟效益和社會效益。

該項成果的論文應邀兩次在IFAC國際會議上作大會特邀報告，“金礦選礦生產過程綜合自動化系統”獲1999年國家經貿委黃金科技進步特等獎，“金礦企業綜合自動化系統”獲得2002年國家科技進步二等獎。

針對被控對象特性不確定、非最小相位和開環不穩定、具有各種干擾、未建模動態、執行機構出現故障、輸出不可測、大檢測采樣周期與小控制周期不匹配、強非線性等復雜工業過程難于實現自動控制的難題，將模糊控制、神經網絡等智能控制與自適應控制相結合，創造性地提出了適于復雜工業過程的隨機自適應、前饋自適應、魯棒自適應、容錯自適應、推理自適應、自整定PID、非線性自適應等20余種控制算法，建立了算法的穩定性和收斂性分析。

上述成果獲1991年國家教委科技進步一等獎（甲類）。他領導研究小組結合復雜工業過程開展工業研究，將自適應控制與智能控制想結合，提出了適合復雜工業過程的自適應控制技術，并結合撫鋼的煉鋼—精煉—連鑄—連軋四位一體合金鋼棒材新流程生產線的建設工程，提出了帶有非線性自適應補償的活套解耦控制技術等關鍵自動化技術，保證了中國第一條合金鋼棒材生產線的安全、可靠、高效運行，取得顯著的經濟效益，該成果獲2000年中國高校科技進步一等獎。

柴天佑教授先后主持與完成國家973重點基礎研究計劃、國家自然科學重點基金、863高技術計劃、國家攻關計劃、國家高技術產業化專項以及企業重大自動化工程等30多項科研項目，取得多項系統性創新成果。

提出了以綜合生產指標為目標的全流程混合智能優化控制方法，主持研制了混合智能優化控制技術及綜合自動化系統，并成功應用于鋼鐵、選礦、有色、電力等行業，取得了顯著的社會經濟效益。

獲國家科技進步二等獎三項，省部級特等獎、一等獎十項； 2007年獲IEEE系統控制協會頒發的控制研究杰出工業成就獎。

發表論文被SCI收錄80余篇，EI收錄200余篇，ISTP收錄80余篇。出版專著2部。應邀在IFAC、IEEE的國際會議上作大會特邀報告20余次。

研究成果發表的論文被SCI檢索收錄38篇，EI檢索收錄170篇，在國際重要會議上發表的論文被ISTP收錄76篇。

創建了東北大學自動化研究中心，并使之成為國家工程技術研究中心。培養建設了一支年輕的研究隊伍，共有10余名博士后出站，70余名博士生獲得博士學位，200余名碩士生獲得碩士學位。獲得全國五一勞動獎章及全國先進工作者榮譽稱號。

2002年獲何梁何利基金科學與技術進步獎，

2003年獲遼寧省科技功勛獎，

還獲得全國五一勞動獎章獲得者，全國優秀教師，遼寧省特等勞動模范等榮譽稱號。

2003年當選為中國工程院院士，

2007年當選為美國電氣和電子工程師協會(IEEE)會士（Fellow）。

曾任IFAC制造與儀表技術協調委員會主席。

任東北大學自動化研究中心主任，國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）項目首席科學家。

曾任國際自動控制聯合會（IFAC）技術局成員及IFAC制造與儀表技術協調委員會主席(1996-1999)。

任第三屆、第四屆、第五屆國務院學位委員會學科評議組成員，國家863計劃先進制造與自動化領域專家委員會副主任，國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）項目首席科學家。

柴天佑治學嚴謹，作風正派，善于合作，勇于創新，為中國控制理論與控制工程學科的發展和中國工業自動化事業做出突出貢獻。