本实验室于1995年1月经科技部批准成立（1990年国家计委批准、利用世行贷款建设，由清华大学与天津大学联合组建），依托清华大学建设，是国家级重点实验室。实验室主任为尤政教授（中国工程院院士，华中科技大学学士、硕士、博士学位，1990-1992年清华大学博士后）。
实验室分为清华大学实验区和天津大学实验区，学科领域涵盖"仪器科学与技术"（两校）和"光学工程"（清华）两个国家一级重点学科。现有中国工程院院士1人、国家"其他计划"人才2人、长江学者2人、国家杰出青年2人，70%以上研究人员具有博士学位。
实验室科研实力雄厚，近年来完成和承担科研项目40余项（其中国家及部委项目19项、863项目14项、国家自然科学基金7项），获国家科技进步二等奖、国防科学技术二等奖等科技奖励11项，获国家发明专利12项，发表学术论文322篇（其中114篇被SCI或EI检索）。

本实验室面向国民经济建设和国家安全重大需求，围绕精密测试技术及仪器开展基础研究和应用研究，提供以下技术服务：
1.精密测试技术研发服务：开展精密测试技术新原理、新方法研究，提供高精度测量方案设计、测试系统开发及关键应用技术攻关
2.先进仪器研制服务：提供精密仪器设计、研制与集成服务，涵盖光电工程、仪器科学与技术、光学工程等领域的高端仪器设备开发
3.光学工程精密测量服务：依托清华大学光学工程学科优势，提供光学精密测量、光电检测、激光测量等技术解决方案
4.国防与航天测试服务：围绕国家安全需求，提供国防科学技术领域精密测试、航天航空仪器研制及可靠性测试服务
5.工业计量与质量控制服务：面向制造业提供精密计量、在线检测、质量控制系统集成及生产过程监测技术服务
6.技术咨询与成果转化服务：依托40余项科研项目经验和11项科技奖励成果，提供技术咨询、联合攻关、专利转化及产学研合作服务