光电院组建于2003年11月，作为中国科学院“知识创新工程”中体制机制创新的重大改革举措之一，是兼具总体管理与技术总体职能的总体性研究单位。中国科学院卫星导航总体部、中国科学院浮空器系统研究发展中心、02专项研发管理办公室设在光电院。
光电院的科技布局围绕光电工程领域、航天航空领域和应用科技领域等三个领域展开：
光电工程领域——围绕计算光学成像技术、投影光学系统技术、大型复杂激光器技术等方向，开展前瞻性研究、系统解决方案设计与实施、支撑总体的关键技术攻关及系统集成等创新活动。
航天航空领域——围绕空间系统工程、卫星导航和浮空器等技术领域和总体任务，开展发展战略研究、前瞻性研究、系统解决方案设计与实施、支撑总体的关键技术攻关及系统集成等创新活动。
应用科技领域——围绕光电载荷成像和探测机理与方法研究、光电载荷性能综合评测和数据质量综合监测系统技术研究等方向，开展前瞻性研究、系统解决方案设计与实施。
光电院在上述三个领域的前沿性、战略性和系统集成创新工作，逐步形成了持续支持和支撑多总体并行发展的学科技术领域和技术总体体系。
光电院建立了与总体性单位相适应的组织结构与管理体制。主要科研单元有：光电系统工程研究部、对地观测技术应用研究部、空间系统总体技术研究室、卫星导航总体技术研究室以及中国科学院浮空器系统研究发展中心。
为拓展科研领域，加强院地合作，光电院与国家减灾中心联合组建了“中国空间技术减灾应用研究中心”，与青岛市政府共建“光电院青岛研发基地”，与国科激光公司组建国家半导体泵浦激光工程技术研究中心。依托光电研究院建立了“全国遥感技术标准化技术委员会”和“全国光电测量标准化技术委员会”。
“十一五”期间，光电院各学科领域方向均衡发展，取得了多项科研成果。如大屏幕激光显示系统、科学技术探测系留气球平台、电动力推进飞艇、无人机遥感载荷验证系统、大型复杂激光器、极大规模集成电路光刻机关键部件和机载激光雷达等；同时，在迈入“十二五”开端之年，光电院争取并落实了多项国家重大项目，实现了可持续健康发展。
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