三一重工是经认定的国家创新型企业、国家重点高新技术企业、国家技术创新示范企业。公司技术中心2002年认定为国家级企业技术中心，下设泵送机械、路面机械、起重机械、挖掘机械、桩工机械等产品研究院，分布在中国的长沙、上海、北京、昆山、湖州以及印度马哈拉斯特拉邦、美国乔治亚州、德国北威州等地。目前，三一重工共拥有2个国家级博士后科研工作站、2个院士专家工作站，并拥有基于物联网的工程机械智能化技术湖南省重点实验室、湖南省混凝土机械工程技术研究中心、机械工业工程机械振动与噪声工程技术研究中心、江苏省履带式工程机械工程技术研究中心、江苏省高性能挖掘机工程技术研究中心、湖南省三一重工工业设计中心等一批创新平台。

三一重工秉承“一切源于创新”的发展理念，每年将销售收入的5%-7%用于研发。公司在各产业园均建有现代化研发大楼，公司试验测试中心初步建成工程机械远程监控服务与故障诊断实验室、液压实验室、机电液控与仿真实验室、柴油机实验室、泵车臂架疲劳（寿命）实验室、焊接实验室、强度（应力）实验室、耐磨材料实验室、汽车底盘全自动检测线等9大实验室。公司是“全国CAD应用先进单位”，建立了以PDM系统为核心的研发信息化集成体系，实现全球研发数据集中管理、安全共享，支持全球24小时的协同研发活动，全面推广和应用三维建模、机构仿真、有限元分析和液压系统仿真等技术进行产品设计。

公司技术带头人、首席专家、总工程师易小刚先生是“首届十佳全国优秀科技工作者”、“何梁何利基金科学与技术创新奖”获得者、研究员级高级工程师、博士生导师、中国工程机械学会副会长、中国产学研合作促进会副会长、湖南省科协副主席、湖南省院士专家咨询委员会首届委员、新世纪百千万人才工程国家级人选、享受国务院特殊津贴专家。
公司广泛开展与国内外高校、研究机构之间的技术合作，与中南大学合作成立“中南大学三一研究院”，与华中科技大学共建“SANY-HUST先进制造技术联合实验室”，并与清华大学、浙江大学、上海交通大学、湖南大学、长安大学等40多所高校开展了联合技术攻关。

依托自身的科研开发能力和产学研合作，三一重工技术创新走在国内同行前列。成功研制出中国首台37米泵车、世界首创全液压平地机、世界最长钢臂架86米泵车、世界首创微泡沥青水泥砂浆车、被业界誉为“全球第一吊”的3600吨履带吊、国产最大200吨全液压履带挖掘机、亚洲首台大吨位旋挖桩机等创新产品。

截至2014年9月底，三一重工累计中国专利申请数为5720件，其中发明专利2362件，授权专利3895件，其中发明769件 。公司先后被国家知识产权局评为“全国专利工作先进单位”、“全国企事业知识产权示范单位”，获得中国专利奖8项，其中“一种混凝土输送泵的节能控制方法”、“用于抑制混凝土泵车臂架振动的方法及装置”发明专利分别获得2010年和2011年中国专利最高奖——中国专利金奖。

公司先后主持和参与了66项国家、行业标准的制、修订工作；2次荣获中国标准创新贡献奖。先后承担了国家863计划项目10项，国家重点新产品项目17项、国家火炬计划项目13项及国家重大技术装备研制项目、国家级企业技术中心创新能力专项、国家重大科技成果转化项目等国家级课题40余项。获得省部级以上科学技术奖励40余项，其中“混凝土泵送关键技术研究开发与应用”获2005年国家科技进步二等奖，“三一重工工程机械技术创新平台建设”获2010年国家科技进步二等奖，“混凝土泵车超长臂架技术及应用”获2012年国家技术发明二等奖，不断涌现的科技创新成果有力助推了企业的快速发展。