A principal função da Diretoria de Inovação é formular e executar as políticas relacionadas à inovação empresarial. Administra a Rede de Núcleos de Inovação e apoia a criação de novos núcleos nos estados. Organiza congressos, seminários e outros eventos, com objetivo de difundir conhecimento e melhores práticas sobre inovação para empresas e sociedade. Também administra a Mobilização Empresarial pela Inovação (MEI), movimento articulado e liderado pela CNI que pretende colocar a inovação no centro da estratégia das empresas brasileiras.