1998年，中国科学院启动了知识创新方向性项目，支持以欧阳自远院士为首席科学家的研究团组开展中国月球探测的前期预研工作，西安光机所作为该研究团组五个成员单位之一，参与了《我国月球资源探测卫星科学目标》的研究报告。并在随后承担完成了中科院创新方向性项目“月球探测光学遥感系统研制”的研究任务。

2004年，我国月球探测工程正式启动，西安光机所光荣地承担了“嫦娥一号”探月卫星有效载荷“光学成像探测系统”的研制任务，其中该系统中的CCD立体相机承担了此次探月工程获取月球表面三维立体图像的任务，而该系统中的另一台设备干涉成像光谱仪则承担了探测和分析月表主要矿物含量和分布的任务，同时包括干涉成像光谱仪所传数据进行复原处理软件的研制任务也由我所承担。此外我所承担研制的紫外星敏感器光机系统、中等精度星敏感器光学系统作为两类星敏感器的重要组成部分将参与完成“嫦娥一号”卫星的姿态控制及测量任务。

2007年10月24日“嫦娥一号”卫星成功发射升空后，我所研制的各项设备在卫星运行期间工作正常，性能稳定。

2007年11月26日由西安光机所研制的CCD立体相机成功拍摄了第一幅月面图像，在国家航天局举行的发布仪式上，中共中央政治局常委、国务院总理温家宝亲自为中国第一幅月面图像揭幕，它标志着我国首次月球探测工程取得圆满成功。