یک سیستم کامل بینایی ماشین معمولاً شامل اجزای زیر است:

1- دوربین‌ها : دوربین‌ها نقش چشم سیستم را ایفا می‌کنند و داده‌های اولیه تصویری را فراهم می‌سازند. این دوربین‌ها می‌توانند از نوع CCD، CMOS، حرارتی یا دوربین‌های با حسگرهای چندطیفی باشند. کیفیت و نوع دوربین تأثیر مهمی بر دقت استخراج ویژگی‌ها دارد.

2- پردازشگر تصویر : پردازش داده‌های بصری توسط کامپیوترهای عمومی یا پردازنده‌های ویژه مانند FPGAها و ASICها انجام می‌شود. انتخاب معماری پردازشگر به پیچیدگی الگوریتم‌ها و محدودیت‌های زمانی و صنعتی بستگی دارد.

3- نرم‌افزار پردازش تصویر: این نرم‌افزارها الگوریتم‌هایی نظیر فیلترگذاری، تشخیص لبه‌ها، بخش‌بندی تصویر، تحلیل اشکال و به‌ویژه الگوریتم‌های یادگیری عمیق را اجرا می‌کنند. پردازش تصویر، ستون فقرات هر سیستم بینایی به شمار می‌رود.

4- الگوریتم‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی : یادگیری ماشین و به‌ویژه یادگیری عمیق، به طور چشمگیری توانایی سیستم‌های بینایی را در تشخیص الگوها، شناسایی اشیاء، درک صحنه و تصمیم‌گیری افزایش داده‌اند. مدل‌هایی چون شبکه‌های عصبی کانولوشنی (CNN) بخش جدایی‌ناپذیر سیستم‌های مدرن بینایی هستند.