1962年3月，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，在钱三强、王淦昌和张劲夫的提议下，国家二机部和中国科学院决定在西安成立一个以为核爆试验光测任务为方向的研究所。

1981年，龚祖同先生获得高速摄影和光子学国际会议颁发的“Photo-Sonics奖”（该领域最高奖项）。西光所成为国际高速光电成像与光子学会议的国家代表单位，成功举办了1988年第18届、2006年第27届国际高速光电成像与光子学国际会议，充分表明西光所在该领域具有的国际学术影响力。

西安光机所正式获批知识创新工程试点单位，这标志着研究所进入到新的发展阶段。

西光所成为国际高速光电成像与光子学会议的国家代表单位，成功举办了1988年第18届、2006年第27届国际高速光电成像与光子学国际会议，充分表明西光所在该领域具有的国际学术影响力。

我所两项科研成果入选“2010年度中国遥感领域十大事件”： “嫦娥二号”卫星获得月面虹湾局部影像图，圆满完成既定目标；我国研制星载超光谱成像仪填补航天遥感空白

时隔29年，西安光机所赵卫所长再次获得高速摄影领域最高奖项：，表明研究所在国际上相关领域的影响力依旧保持。