中国科学院分子影像重点实验室于2012年1月认定成立，孵化于中国科学院自动化研究所智能医学研究中心，依托中国科学院自动化研究所建设，臧亚丽任主任，戴建平教授（美国医学科学院外籍院士）任学术委员会主任。
实验室汇聚高水平国际化科研力量，现有中科院院士1名，研究员8名、副研究员11名、高级工程师2名、助理研究员12名，在站博士后5名、研究生40余名。引进外籍专家8名，包括美国医学科学院院士Sanjiv Sam Gambhir教授等国际知名学者。拥有IFAC、IEEE、SPIE、IAMBE、ISMRM等国际学术组织会士和高级会员7人，以及国家杰出青年基金获得者、中科院"百人计划"、教育部"长江学者"、国家"百千万人才工程"国家级人选等高层次人才。
实验室面向生物医学工程领域的挑战性科学和技术问题，以信息科学和技术为基础，聚焦重大疾病在分子细胞水平的早期检测、精准诊断和治疗康复研究，在分子影像、功能影像、医学影像分析与处理、智能医学等领域具有重要国际学术影响力，引领我国相关理论与技术发展。

面向医疗健康、生物医学工程及相关产业提供以下共性技术服务：
1. 分子影像技术研发
提供分子影像基础理论研究、多模态成像技术（光学、核医学、磁共振等）开发、分子探针设计与制备等技术服务。
2. 医学影像智能分析
开展医学影像处理与智能分析算法开发、功能影像数据分析、医学大数据挖掘与人工智能辅助诊断系统研发。
3. 智能医学装备研制
提供智能医学影像设备、分子影像手术导航系统研发与产业化支持（已通过国家药监局医疗器械三类证认证，在国内医院开展临床应用）。
4. 临床转化与技术服务
面向医疗机构提供精准诊断技术方案、分子影像引导的治疗康复技术、临床试验评价及技术转移转化服务（已在安徽中科医药成像公司实现技术产业化）。
5. 生物与医学大数据分析
提供生物医学大数据分析平台构建、数据管理与挖掘、生物信息学分析等技术支持。
6. 人才培养与学术交流
依托中国科学院大学培养硕士、博士研究生及博士后；与北京大学、清华大学、第四军医大学、北京交通大学等高校开展联合培养与学术交流，培养生物医学工程高层次创新人才。