中北大学拥有22个学院，涵盖了多个学科领域。这些学院包括机电工程学院、机械工程学院、材料科学与工程学院、化学工程与技术学院、信息与通信工程学院、仪器与电子学院、大数据学院、理学院、经济与管理学院、人文社会科学学院、体育学院、艺术学院、软件学院、环境与安全工程学院、电气与控制工程学院、能源动力工程学院等。

机电工程学院设有7个本科专业，其中5个为兵器类专业，如系统与工程、武器发射工程、弹药工程与爆炸技术、探测制导与控制技术、装甲车辆工程；2个为航空航天类专业，如飞行器设计与工程、飞行器制造工程。

机械工程学院迄今已有70多年历史，现有7个本科专业，包括机械工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程、工业设计、过程装备与控制工程、包装工程、工业工程。

材料科学与工程学院拥有5个本科专业，材料科学与工程学科是中北大学的基础雄厚学科之一，拥有10000余平方米的教学和科研大楼，基础设施齐全，仪器设备先进，仪器总价值达1亿多元，科研总经费超1.5亿元。

化学工程与技术学院设有3个本科专业，化学工程与技术学科是山西省“1331工程”优势特色学科，化学工程属山西省特色学科，应用化学为山西省重点建设学科，设有化学工程与工艺、制药工程、生物工程3个本科专业。

信息与通信工程学院设有7个本科专业，包括电子信息工程、通信工程、光电信息科学与工程、电子信息科学与技术、信息对抗技术、生物医学工程。

仪器与电子学院设有3个本科专业，包括“仪器科学与技术”博士后流动站，测控技术与仪器、微电子科学与工程、电子科学与技术。

大数据学院源自于1985年的兵工类指挥仪专业，学院下设计算机科学与技术、网络工程、物联网工程、数字媒体技术、数据科学与大数据5个本科专业。

理学院设有10个本科专业，包括信息与计算科学、数学与应用数学、物理学、应用化学、工程力学、土木工程、统计学、应用物理学、应用统计学、分子科学与工程。

经济与管理学院设有7个本科专业，包括经济学、经济统计、国际经济与贸易、信息管理与信息系统、工商管理、市场营销、财务管理。

人文社会科学学院设有6个本科专业，包括英语、法学、政治学与行政学、广播电视学、汉语言文学、翻译。

体育学院设有2个本科专业，包括社会体育专业、运动训练专业。

艺术学院设有4个本科专业，包括音乐学、音乐表演、视觉传达设计、产品设计，设有中国军工文化艺术团，承担文化部非物质遗产传承人研培计划。

软件学院为山西省首个实质性开展本科招生的示范性软件学院，设有11个本科专业，学院与多家IT企业以及行业协会联合，设立中北大学软件学院和企业冠名的优秀软件人才奖励基金。

环境与安全工程学院设有3个本科专业，包括特种能源技术与工程、安全工程、环境工程，学院已发展成为火炸药、火工品军工特色引领，污染治理与土壤修复全面发展的军民融合教学研究型学院。

电气与控制工程学院设有4个本科专业，为优化学科结构，从原计算机与控制工程学院独立出电气与控制工程学院，设有自动化、电气工程及其自动化、电气工程与智能控制、轨道交通信号与控制4个本科专业。

能源动力工程学院设有3个本科专业，起源于中北大学历史悠久的汽车与拖拉机专业，现设有车辆工程、能源与动力工程、汽车服务工程3个本科专业。

除了上述16个常规院系，中北大学还设有研究生院、国际教育学院、继续教育学院、信息商务学院、国防教育学院和朔州校区。