华中科技大学光电子科学与工程学院专注于多个领域的学科研究，其下设的“光纤通信与互联网络研究所”、“激光研究所”、“光电信息技术研究所”和“光电子技术教学实验中心”各具特色。学院设有激光加工国家工程研究中心，以及博士点和硕士点，包括物理电子学、光学工程、光电信息工程和电子科学与技术博士后流动站。此外，学院还拥有“电子与通信工程”和“光学工程”两个工程硕士点，致力于工程教育和实践。
学院的重点科研方向涵盖了光纤通信技术与传感、高功率激光器、激光加工装备工艺、微光电机系统技术、激光医疗设备、光存储技术以及光信息检测与图像处理技术，特别是在军用光电技术上有所突破。作为我国激光技术攻关计划的重要参与单位，学院在过去数十年间取得了显著成果，荣获国家和省部级奖励超过80项。其科研成果丰富，编写并出版了50部专著和教材，其中12本获得国家级奖励。在国内外学术界，学院发表的2000余篇论文中有800余篇被SCI、EI和ISTP收录。
学院致力于科研成果的转化，将科研力量应用到经济建设中，尤其在“武汉·中国光谷”建设中发挥了关键作用。通过科技成果转化和高新技术产业化，学院带来了显著的经济效益。例如，华工科技产业股份有限公司凭借激光科技和工程研究中心的优势，成为我国首个以激光为主业的上市公司。为了推广科研成果，学院还成立了武汉华工激光工程有限责任公司和武汉华工恒信激光有限公司，加速了技术的市场化进程。
经过30多年的持续努力，光电子科学与工程学院已发展成为中国在高功率激光器、光纤通信技术、光存储技术、微光电机系统技术、光信息检测与处理技术以及激光加工系统和工艺、激光医疗设备等领域的领先研究和人才培养中心，1990年被国家教委和国家科委授予“科技工作先进集体”荣誉。
光电子科学与工程学院的前身是于1970年成立的华中工学院机一系光学仪器教研室和激光科研组。1979年，为适应光学与光电子学科发展，学校从原华中工学院电机系、无线电系等单位抽调相关教师和光学仪器教研室、激光教研室、红外教研室有关人员，正式组建了光学工程系。1991年“光学工程系”更名为“光电子工程系”。