1975年7月，广州市自动控制研究所成立；1977年8月，广州市光学应用研究所成立。两所均由市科委批准成立，属市科委管理的处级事业单位。两所毗邻，座落在广州天河区龙口东路28—36号。
经过二十年的发展，广州市自动控制研究所成为广州地区从事自动化技术研究开发和机电一体化、办公自动化等技术产品的科研、开发和经营基地；广州市光学应用研究所成为广州地区从事光学应用技术、镀膜等技术产品的科研开发经营基地。
1995年8月，经广州市编委和市科委同意，广州市自动控制研究所和广州市光学应用研究所合并，成立广州市光机电工程研究开发中心。主要从事智能控制与综合自动化、光学镀膜、激光加工技术、光机电一体化装备、光电测控与仪器仪表等学科领域的基础研究、应用开发、科技成果转化和科技公共平台服务及法定的玻璃产品质量监督检验等业务。
1999年，广州市光机电工程研究开发中心经广东省技术监督局批准成立广东省质量监督玻璃检验站；
2004年，广州市光机电工程研究开发中心在广州科学城科研路置地30亩，建设现代化的科研中试基地和重点实验室；
2005年，广州市光机电工程研究开发中心经省科技厅批准，建设广东省现代控制与光机电技术公共实验室；
2006年，广州市光机电工程研究开发中心经国家人事部批准，设立博士后科研工作站；
2006年，广州市光机电工程研究开发中心经广州市科普领导小组认定为光机电技术科普基地。
2007年，在市科技局的大力支持下，广州市编制委员会同意广州市光机电工程研究开发中心名称变更为广州市光机电技术研究院，同时，批准扩大本单位从事的业务范围和相关资质。
2008年，广州市光机电技术研究院在广州科学城的基地一期工程行政楼、科研生产楼和综合楼完成并投入使用。同年4月28日，广州市光机电技术研究院从天河龙口东路整体搬迁进驻广州科学城科研路3号，翻开了发展进程中崭新的一页。
2008年，广州市光机电技术研究院经广东省科技厅认定为广东高新技术企业；
2008年，广州市光机电技术研究院获得广东省科协认定为广东省科普教育基地、广东省青少年科技教育基地；
2009年，广州市光机电技术研究院经广州市科技和信息化局批准，建设广州半导体照明检测技术服务中心、广州市RFID产业示范推广服务中心；
2009年，广州市光机电技术研究院的广东省现代控制与光机电技术公共实验室经过3年建设，获广东省科技厅授牌。
2010年，广州市光机电技术研究院的广州科学城基地二期工程落成，新院址建筑面积达27000平方米。
2010年，广州市光机电技术研究院经广州市科技和信息化局批准，建设广州市光机电设备工程技术研究中心；
2011年，广州市光机电技术研究院经广州市科技和信息化局批准，建设广州物联网检测技术服务中心、广州视频监控检测技术服务中心。
2012年，广州市光机电技术研究院经广州市科技和信息化局批准，建设广州市国际·穗港澳台科技合作基地；
2012年，广州市光机电技术研究院经广州市科技和信息化局批准，建设光机电高新科技企业孵化器；
2013年，广州市光机电技术研究院经广州市科技和信息化局批准，建设广州市信息工程检测技术服务中心、广州市3D打印工程中心；建设广东省广州市光机电技术研究院光学工程院士工作站；
2013年，广州市光机电技术研究院获得广东省科技厅和广州市科技和信息化局支持，建设粤港台LED交互式检测平台；
2013年，广州市光机电技术研究院在天河龙口东路的院区合作开发正式启动。
