在《中國制造2025》里，第一個解決的問題就是制度創新不強，十項任務中的第一項是提高國家創新能力，五大工程的第一個是要建設國家制造業創新中心工程，在基本方針里也提到創新驅動。所以說，創新是《中國制造2025》的一條主線。加強自主創新能力是實現由工業大國向工業強國轉變的核心，是實現我國價值鏈低端向高端躍升，加快推動增長動力向創新驅動轉變的重要舉措。
經過60多年，尤其是改革開放30多年的快速發展，我國已建成全球門類最為齊全的完整工業體系，取得了制造業第一大國的地位。但與此同時，我們也應清醒地看到，我國制造業大而不強，存在著核心技術缺失、高端產品依賴進口受制于人、自主創新能力不強等問題。資料顯示，盡管我國的研發投入規模近幾年來一直處于世界前列，2013年全社會研發經費投入11800億元，研發投入強度首次突破2%，但是與世界強國相比，產業創新能力還有不小的差距。我國技術對外依存度高達50%以上，95%的高檔數控系統、80%的芯片，幾乎全部高檔液壓件，密封件和發動機都依靠進口。
由此，《中國制造2025》更加突出了創新驅動發展戰略，通篇把創新作為核心競爭力。在制造強國建設“三步走”戰略中，創新發揮著不可替代的重要作用。要把創新擺在制造業發展全局的核心位置，力爭在新一代信息通信技術、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備等重要、關鍵領域，集中突破一批基礎共性和核心關鍵技術，重塑工業轉型發展新引擎。
首先，要抓住我國制造業轉型升級、創新發展迎來的重大機遇，提升自主創新能力。針對我國制造業自主創新能力不足的瓶頸問題，要重視基礎性科學研究，加大投入力度，致力于關鍵共性技術研發和產業化。重點做好制造業創新中心(工業技術研究基地)建設，圍繞重點行業轉型升級和新一代信息技術、智能制造、新材料等領域創新發展的重大共性需求，重點開展行業基礎和共性關鍵技術研發、成果產業化等工作。推動跨領域跨行業協同創新，突破一批重點領域關鍵共性技術，促進制造業數字化網絡化智能化。推動三維(3D)打印、移動互聯網、云計算、大數據、新能源、新材料等領域取得新突破，以智能制造引領制造方式變革，重塑產業價值鏈體系，拓展制造業新領域。
其次，要以智能制造為主攻方向，重視新一代信息技術為代表的新技術研發和應用。智能制造以制造業的數字化、網絡化、智能化為特征，是新一輪科技革命和產業變革中工業發展的制高點，是解決我國制造業由大到強的根本路徑。然而智能制造，離不開新一代信息技術的發展，新一代信息技術與制造業深度融合，正在引發影響深遠的產業變革，形成新的生產方式、產業形態、商業模式和經濟增長點。要抓住無線、移動、寬帶、泛在網絡的推廣和普及帶來的新一輪發展機遇，推動移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等與現代制造業結合，要大力發展工業互聯網，在新一代信息技術引領下，推動中國制造業持續創新。
再次，要抓住“互聯網+”機遇，更加注重融合創新。一方面，要繼續推進兩化深度融合。當前，信息化與工業化融合已取得顯著成效，但長期以來，我國制造業和信息產業處于分離狀態，行業間存在隔閡，工業制造業和信息產業“兩張皮”的現象依然存在。要想更好地促進雙方的融合，國家要在頂層設計方面加大研究，出臺促進部門、行業間融合的政策措施，從制度上帶動行業和技術融合。另一方面，要抓住“互聯網+”的新機遇，使“互聯網+先進制造業”成為率先突破的領域，將互聯網引導到工業企業和工業行業中去，推動工業互聯網的應用和發展，引領產業融合創新發展。
科技是技術之源，技術是產業之源。技術創新是我們改造提升傳統產業、加快培育戰略性新興產業的基本方法，也是提高我們國家綜合競爭力的有效途徑。就《中國制造2025》來講，技術創新是制造業的核心，是制造業發展的重要引擎，是建設制造強國的關鍵核心。技術的不斷創新發展，不僅會帶動傳統制造領域的生產率提高和產品性能提升，還會帶來戰略性新興產業數量眾多的新材料、新能源、新生物產品、新設備的出現，推進制造業的轉型升級，從而實現我國由工業大國向工業強國的轉變。
