為發(fā)展中國的核武器，解決用于核爆試驗(yàn)必需的高速攝影和耐輻照光學(xué)材料問題，國家二機(jī)部和中國科學(xué)院決定在西安建立一個(gè)以承擔(dān)核爆試驗(yàn)光測任務(wù)為主要方向的研究所。1962年3月27日，由原中國科學(xué)院西安原子能所、中國科學(xué)院陜西分院應(yīng)用光學(xué)所、機(jī)械所大部分和自動化所部分人員合并，“中國科學(xué)院光學(xué)精密機(jī)械研究所西安分所”成立，1965年12月27日更名為“中國科學(xué)院西安光學(xué)機(jī)械研究所”，1968年1月更名為“中國人民解放軍第1503研究所” 1970年11月，更名為“中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所”，沿用至今。現(xiàn)已發(fā)展成為以戰(zhàn)略高技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主的綜合性研究所。

西安光機(jī)所設(shè)有瞬態(tài)光學(xué)與光子學(xué)理論與技術(shù)、高分辨可見光空間信息獲取和光學(xué)遙感技術(shù)、干涉光譜成像理論與技術(shù)、高速光電信息獲取與處理技術(shù)、先進(jìn)光學(xué)儀器與水下光學(xué)技術(shù)五大學(xué)科方向，科研體系設(shè)置光子科學(xué)與技術(shù)部、光電技術(shù)部、空天技術(shù)部、先進(jìn)制造部四個(gè)研究部，共轄27個(gè)單元。擁有國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1個(gè)，中國科學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3個(gè)，陜西省、西安市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及工程中心10個(gè)。主辦、出版國內(nèi)一級學(xué)術(shù)期刊《光子學(xué)報(bào)》、國際期刊Ultrafast Science。

全所現(xiàn)有員工1008人，先后有4位專家當(dāng)選為中國科學(xué)院、中國工程院院士，高級職稱462人，國家級人才10人，院級人才29人，省級人才26人。西安光機(jī)所現(xiàn)有博士后流動站2個(gè)，博士點(diǎn)4個(gè)，碩士點(diǎn)4個(gè)，在學(xué)研究生600余人。

曾獲國家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)6項(xiàng)、一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)9項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)，國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國科學(xué)院杰出成就獎(jiǎng)1項(xiàng)，陜西省最高科技獎(jiǎng)2項(xiàng)。

建所之初，西安光機(jī)所以拳拳報(bào)國之心，在幾乎是一窮二白的科研條件下攻堅(jiān)克難，以克爾盒高速攝影機(jī)、ZDF-20型高速攝影機(jī)、變像管高速攝影機(jī)為代表的多型光測設(shè)備在我國第一顆原子彈爆炸試驗(yàn)、第一顆氫彈爆炸試驗(yàn)和地下核試驗(yàn)任務(wù)中表現(xiàn)突出，不僅為試驗(yàn)成功提供了最為直接的有力判據(jù)，部分產(chǎn)品還一舉打破國際的技術(shù)封鎖和設(shè)備禁運(yùn)。20世紀(jì)80年代中期，西安光機(jī)所的高速攝影儀器設(shè)備已達(dá)60多種，中國第一根光纖、第一只像增強(qiáng)器、第一只高速攝影用變像管、第一只微通道板、第一套高速電視系統(tǒng)等也出自此階段。1981年首任所長龔祖同榮獲國際高速攝影領(lǐng)域最高獎(jiǎng)“Photo-Sonics獎(jiǎng)”（29年后時(shí)任所長趙衛(wèi)也獲此殊榮），引領(lǐng)我國高速攝影技術(shù)邁入世界先進(jìn)行列。如此亮眼的成績單，不僅為西安光機(jī)所奠定領(lǐng)域影響力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，更吸引了如李政道、楊振寧、丁肇中、海澤爾等國際知名學(xué)者來所交流。

20世紀(jì)80年代末期開始，西安光機(jī)所走上改革發(fā)展之路，破除思想藩籬、深化體制機(jī)制變革，在自我革命中淬煉蛻變。形成了“高”和“快”的學(xué)科特色，陳國夫研究員創(chuàng)造出19飛秒世界最短激光脈沖紀(jì)錄，成功建成瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安光機(jī)所在超快科學(xué)領(lǐng)域的影響力進(jìn)一步提升。瞄準(zhǔn)國家重大需求，成立空間光學(xué)研究室和光譜成像技術(shù)研究室，助力西安光機(jī)所成功躋身國家航空航天光學(xué)遙感技術(shù)研究領(lǐng)域，為日后承擔(dān)甚至深度參與載人航天工程、深空探測等重要任務(wù)做好能力儲備?！拔鞴饽Ｊ健贝蜷_了西安光機(jī)所在國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場一展身手的新局面，與“硬科技”理念相輔相成，現(xiàn)已形成“研究機(jī)構(gòu)+科技金融+科技服務(wù)+科技平臺+科技園區(qū)“五位一體的“硬科技”創(chuàng)業(yè)雨林生態(tài)體系，為有效解決企業(yè)生命周期兩個(gè)“一公里”問題提供現(xiàn)實(shí)方案。

進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，研究所與時(shí)俱進(jìn)、應(yīng)勢而動，繼續(xù)向改革要?jiǎng)恿ΑＲ浴凹辛α哭k大事”為發(fā)展主基調(diào)，以資源整合、體系重塑為改革主要抓手，大力推行科研體系大部制管理模式和科研生產(chǎn)流程再造，凝聚科研合力釋放創(chuàng)新動能，圓滿完成如“天問一號”、“嫦娥五號”、“奮斗者”號、“夸父一號”、中國空間站建設(shè)等十多項(xiàng)國家重大任務(wù)，并發(fā)展成為重要科研力量的一極。以激光通信技術(shù)、自由曲面技術(shù)為代表的自主部署預(yù)研項(xiàng)目開花結(jié)果，成功取得星上應(yīng)用。建成大口徑光電產(chǎn)品先進(jìn)制造平臺，西部領(lǐng)先全國一流。依托陜西秦創(chuàng)原平臺，充分發(fā)揮研究所優(yōu)勢，助力光子產(chǎn)業(yè)不斷繁榮。

2015年2月15日，中共中央總書記習(xí)近平視察西安光機(jī)所時(shí)講到：核心技術(shù)靠化緣是要不來的，必須自力更生。回溯一路走來的歷程正是一部自力更生的奮斗史。在舉國上下加快推進(jìn)實(shí)現(xiàn)第二個(gè)百年奮斗目標(biāo)的時(shí)代背景下，西安光機(jī)所將牢記囑托，將建設(shè)高水平科技自立自強(qiáng)的重任扛在肩上，堅(jiān)持黨對科技事業(yè)的全面領(lǐng)導(dǎo)，增強(qiáng)“四個(gè)意識”、堅(jiān)定“四個(gè)自信”、做到“兩個(gè)維護(hù)”，面向空天科技、網(wǎng)絡(luò)通信、智能制造等戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域，聚焦國家燃眉之急、心腹之患，以“四個(gè)率先”“兩加快一努力”為目標(biāo)，踔厲奮發(fā)，奮輯篤行，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興作出新貢獻(xiàn)。