中科院量子光学重点实验室创建于1989年，创始人为王育竹院士。中科院量子光学重点实验室的前身为中国科学院上海光学精密机械研究所频标组，于1965年首先研制成功铷原子钟实验室装置。1976年四台铷原子钟用于“远望号”测量船上，解决了当时重大应用问题。最近，其中一台铷钟受邀捐赠给中国科学院院史展览会，作为“两弹一星”成就的重要展品。1974年在海军司令部的领导下，上海光机所与电波研究所第一次测量了我国沿海电离层的分布。20世纪80年代，上海光机所建立了国内第一个量子光学实验室。 

　　中国科学院量子光学重点实验室从1979年开始，开展了激光冷却气体原子的研究工作。1980年进行了多光束偏转原子束实验；1985年首次利用原子束验证了共振荧光中的亚泊松光子统计规律；1988年在国际上最早观察到低于多普勒冷却极限的冷却现象。1997年3月，实验室在MOT中获得了Na和Rb的冷原子气体，并于2002年在国内率先获得了Rb原子的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。2008年利用在国际上首先提出的高频势阱方案实现了冷原子的射频导引，同年又在国内首次实现了原子芯片上的BEC。这一系列的成果标志着本实验室在激光冷却原子技术领域的研究水平始终处于世界前列，因此具有不可替代的重要地位。 

　　实验室也是国内最早开展原子钟研究的实验室之一。在完成“远望”一号和“远望”二号测量船等国家重大任务后，2001年开始，实验室瞄准国家建立超高精度空间时频网络以及下一代空间导航系统的重大战略需求，开展了可移动式冷原子小喷泉钟、超高精度空间冷原子钟及新概念星载原子钟的研究工作。经过几年努力，于2008年在国内首次实现了积分球冷却原子及脉冲光抽运型原子钟（POP原子钟）的原理性运转，提出了具有原创性和自主知识产权的相干存储原子钟方案，通过理论分析，相干存储原子钟的稳定度指标将达到甚至超过氢钟水平，具有很好的应用前景。此外，实验室作为国内唯一一家从事高精度空间冷原子钟的研制单位，提出的空间冷原子钟实验方案，2011年7月正式立项进入载人航天工程，在2013年7月完成了空间冷原子钟初样，转入正样研制，不久将进行搭载试验，将有望成为国际首次进行空间搭载试验的冷原子钟。综上所述，实验室在量子频标方面的研究水平也处于国内先进水平，是我国从事量子频标领域研究的主要基地之一，对我国经济发展起到了非常重要的作用。 

　　实验室是国内最早开展量子成像研究的实验室，通过量子光学理论和成像技术的结合，开展量子成像机理研究。2004年，实验室首次提出了基于经典统计光学的量子成像理论，2010年完成了量子成像原理演示验证实验，2013年实现了两种新型的成像应用平台：主动激光三维量子成像平台和单次曝光多光谱量子成像平台。这些工作为下一步机载、星载量子成像关联成像的实现打下坚实基础。随后，实验室瞄准重大社会需求，开展了量子成像在遥感、非周期性结构的X光衍射成像、生物医学以及安全检查方面的应用研究，得到了多项具有原创性的研究成果。