为发展中国的核武器，解决用于核爆试验必需的高速摄影和耐辐照光学材料问题，国家二机部和中国科学院决定在西安建立一个以承担核爆试验光测任务为主要方向的研究所。1962年3月27日，由原中国科学院西安原子能所、中国科学院陕西分院应用光学所、机械所大部分和自动化所部分人员合并，“中国科学院光学精密机械研究所西安分所”成立，1965年12月27日更名为“中国科学院西安光学机械研究所”，1968年1月更名为“中国人民解放军第1503研究所” 1970年11月，更名为“中国科学院西安光学精密机械研究所”，沿用至今。现已发展成为以战略高技术创新与应用基础研究为主的综合性研究所。

　　西安光机所设有超快光学与光子学、新型光子功能材料与器件、天基高分辨率可见光信息获取、干涉光谱成像、空间激光通信与全光交换、紫外及微光探测、高精度光学跟踪测量与瞄准、高速光电信息获取与处理、海洋光学等研究方向。设置光子科学与技术部、光电技术部、空天技术部、先进制造部四个研究部，共辖27个科研单元。有国家重点实验室1个，中国科学院重点实验室3个，陕西省、西安市重点实验室及工程中心10个。主办、出版国内一级学术期刊《光子学报》、国际期刊Ultrafast Science。

　　全所现有员工1085人，先后有5位专家当选为中国科学院、中国工程院院士，专业技术人才915人，副高以上人员占比47.7%。设有博士后流动站2个，博士点5个，硕士点4个，在学研究生600余人。

　　曾获国家科技进步奖10项，国家技术发明奖二等奖1项，国家自然科学二等奖1项，省部级科技奖25项（其中陕西省最高科技奖2项）,中国科学院杰出成就奖4项，中国专利奖3项。

　　建所之初，西安光机所以拳拳报国之心，在几乎是一穷二白的科研条件下攻坚克难，以克尔盒高速摄影机、ZDF-20型高速摄影机、变像管高速摄影机为代表的多型光测设备在我国第一颗原子弹爆炸试验、第一颗氢弹爆炸试验和地下核试验任务中表现突出，不仅为试验成功提供了最为直接的有力判据，部分产品还一举打破国际的技术封锁和设备禁运。20世纪80年代中期，西安光机所的高速摄影仪器设备已达60多种，中国第一根光纤、第一只像增强器、第一只高速摄影用变像管、第一只微通道板、第一套高速电视系统等也出自此阶段。1981年首任所长龚祖同荣获国际高速摄影领域最高奖“Photo-Sonics奖”（29年后时任所长赵卫也获此殊荣），引领我国高速摄影技术迈入世界先进行列。如此亮眼的成绩单，不仅为西安光机所奠定领域影响力打下坚实基础，更吸引了如李政道、杨振宁、丁肇中、海泽尔等国际知名学者来所交流。

　　20世纪80年代末期开始，西安光机所走上改革发展之路，破除思想藩篱、深化体制机制变革，在自我革命中淬炼蜕变。形成了“高”和“快”的学科特色，陈国夫研究员创造出19飞秒世界最短激光脉冲纪录，成功建成瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安光机所在超快科学领域的影响力进一步提升。瞄准国家重大需求，成立空间光学研究室和光谱成像技术研究室，助力西安光机所成功跻身国家航空航天光学遥感技术研究领域，为日后承担甚至深度参与载人航天工程、深空探测等重要任务做好能力储备。“西光模式”打开了西安光机所在国民经济主战场一展身手的新局面，与“硬科技”理念相辅相成，现已形成“研究机构+科技金融+科技服务+科技平台+科技园区“五位一体的“硬科技”创业雨林生态体系，为有效解决企业生命周期两个“一公里”问题提供现实方案。

　　进入高质量发展阶段，研究所与时俱进、应势而动，继续向改革要动力。以“集中力量办大事”为发展主基调，以资源整合、体系重塑为改革主要抓手，大力推行科研体系大部制管理模式和科研生产流程再造，凝聚科研合力释放创新动能，圆满完成如“天问一号”、“嫦娥五号”、“奋斗者”号、“夸父一号”、中国空间站建设等十多项国家重大任务，并发展成为重要科研力量的一极。以激光通信技术、自由曲面技术为代表的自主部署预研项目开花结果，成功取得星上应用。建成大口径光电产品先进制造平台，西部领先全国一流。依托陕西秦创原平台，充分发挥研究所优势，助力光子产业不断繁荣。

　　2015年2月15日，中共中央总书记习近平视察西安光机所时讲到：核心技术靠化缘是要不来的，必须自力更生。回溯一路走来的历程正是一部自力更生的奋斗史。在举国上下加快推进实现第二个百年奋斗目标的时代背景下，西安光机所将牢记嘱托，将建设高水平科技自立自强的重任扛在肩上，坚持党对科技事业的全面领导，增强“四个意识”、坚定“四个自信”、做到“两个维护”，面向空天科技、网络通信、智能制造等战略必争领域，聚焦国家燃眉之急、心腹之患，以“四个率先”“两加快一努力”为目标，踔厉奋发，奋楫笃行，为实现中华民族伟大复兴作出新贡献。

（2024年10月更新）