西安光机所主要研究领域与方向：在基础光学领域主要研究方向为瞬态光学与光子学理论与技术；在空间光学领域主要研究方向为高分辨可见光空间信息获取和光学遥感技术、干涉光谱成像理论与技术；在光电工程领域，主要研究方向为高速光电信息获取与处理技术、先进光学仪器与水下光学技术。  　　

　　研究所科研体系设有四大研究部，分别是基础科研部、光电技术部、空天技术部、先进制造部，下设26个研究单元，科研体系包括一个国家重点实验室、三个中科院重点实验室、两个陕西省工程技术中心、一个陕西省重点实验室，依托相应研究单元建设运行。并拥有完整的技术支撑体系。  　　

　　现有在职人员914人，高级科研人员364人，其中正高127人、中国科学院院士1人，国务院特殊津贴专家14人，各类国家级人才12人。著名科学家龚祖同、侯洵、薛鸣球、牛憨笨等院士均出自西安光机所。2016年被科技部评为国家创新人才培养示范基地，同年获评荣获院“十二五”人事人才工作先进单位。2018年，被科技部批准为“国家引才引智示范基地。