本实验室于1991年1月经科技部批准成立（1987年国家计委批准筹建，1990年底建成），由清华大学、吉林大学、中国科学院半导体研究所联合组建，依托清华大学建设，是国家级重点实验室。实验室主任为罗毅教授（工学博士，清华大学电子工程系教授、博士生导师，教育部长江学者特聘教授，1997年起担任实验室主任，曾任IEEE量子电子学杂志编委）。
实验室现有固定人员44人，其中研究人员38人（高级职称32人、中级6人），技术人员4人，管理人员2人。学术委员会由国内物理、光电子领域15名著名专家学者组成。实验室历史悠久，第一届主任为张克潜教授（中国工程院院士），第二届主任为刘式墉教授（吉林大学）。
实验室已成为集成光电子材料、器件及其在光纤通信网络中应用技术等领域的主要研究基地。

本实验室面向光纤通信、光信息处理、新能源及国家安全领域需求，提供以下技术服务：
1.光电子器件研发服务：开展半导体光电子材料和微纳光电子材料研究，提供各种新型光电子器件及光子集成器件的设计、研制与测试服务
2.光纤通信系统与网络服务：提供光纤通信系统与网络中的光电子器件应用技术、系统集成及光通信解决方案
3.光信息处理与显示技术服务：提供光信息处理、光显示技术及相关光电子器件的研发与应用服务
4.光传感技术服务：开展光传感技术研究，提供光传感器件开发、传感系统集成及应用解决方案
5.新能源光电子技术服务：开展太阳能及固态照明技术研究，提供高效光电器件、固态照明系统开发及新能源应用技术服务
6.国家安全领域光电子应用服务：为关系国家安全的领域提供专用光电子器件、系统技术及定制化解决方案
7.材料生长与表征服务：依托材料生长和表征设备，提供光电子材料生长、表征分析及工艺优化服务