V hospodářství kraje zaujímá významný podíl těžba hnědého uhlí a navazující energetika. V blízkosti povrchových dolů Mostecké pánve (dříve Severočeská hnědouhelná pánev) se nacházejí největší uhelné elektrárny v České republice (Prunéřov, Tušimice, Ledvice a Počerady).

Neméně významnou roli hraje chemický průmysl. V Záluží u Mostu se nachází největší česká rafinérie UNIPETROL. V centru krajského města Ústí nad Labem působí společnost SPOLCHEMIE, která vyrábí například epoxidové pryskyřice a polyestery, a Glencore Agriculture Czech zaměřující se na výrobu potravinářských olejů. V Lovosicích sídlí společnost Lovochemie, která je největším výrobcem hnojiv v České republice.

Mezi důležitá tradiční odvětví, která prošla či procházejí modernizací a u nichž je patrná postupná orientace na nové výrobky, patří sklářský průmysl. Největším exportérem plochého skla je společnost AGC Automotive Czech. Firma Český porcelán v Dubí je pak známá výrobou tzv. „cibulového“ porcelánu a spolu se svým závodem ROYAL DUX z Duchcova, který se zaměřuje na figurální a ozdobný porcelán, působí na tuzemském trhu již více než sto let.
Vlivem zahraničních investorů se v kraji již několik let rozvíjí strojírenský průmysl a kovovýroba, zejména pak výroba komponentů motorových vozidel (KS Kolbenschmidt Czech Republic, Pierburg, Benteler Automotive Rumburk) a na ni dodavatelsky navazující obory, jako je výroba plastů a nekovových výrobků (SSI Technologies, RAI MOST, TRCZ).

Na území kraje se nachází velké množství průmyslových zón. Za největší lze rozlohou i počtem investorů považovat Ústeckým krajem vlastněnou Strategickou průmyslovou zónu Triangle) a Strategickou průmyslovou zónu Joseph, kterou vlastní město Most.

V regionu působí několik výzkumných ústavů, například UniCRE, který se zabývá výzkumem a vývojem v oblasti průmyslové chemie a environmentálních technologií, dále Výzkumný ústav pro hnědé uhlí či Výzkumný ústav balneologický. V Ústí nad Labem se nachází Univerzita Jana Evangelisty Purkyně. Svá detašovaná pracoviště má v regionu Vysoká škola chemicko-technologická, České vysoké učení technické, Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava či Vysoká škola finanční a správní.

Strategie Ústeckého kraje do budoucna počítá s podporou rozvoje sofistikované výroby, vývojových center, center strategických a sdílených služeb, center autonomní mobility a technologických center menšího rozsahu.