光是一種重要的自然現象。我們之所以能看到客觀世界中豐富多彩的景象，是因為眼睛接受物體發射、反射或散射的光。據統計，人類感觀收到外部世界的總信息量中，至少有90%以上通過眼睛。在數千年前人類便產生對光現象進行探索和研究的興趣，留下許多關于光學現象的記載和著作。光學是一門研究光的行為和性質，以及光和物質相互作用的物理學科。光學既是物理學中最古老的一個基礎學科，又是當前科學研究中最活躍的前沿陣地，它的發展是一個漫長而曲折的歷史過程，主要經歷了萌芽時期、幾何光學時期、波動光學時期、量子光學時期、現代光學時期等五大歷史時期。
光學的起源和力學、熱學一樣，可以追溯到兩三千年以前。中國古代對光的認識是和生產、生活實踐緊密相連的。它起源于火的獲得和光源的利用，以光學器具的發明、制造及應用為前提條件。根據籍記載，中國古代對光的認識大多集中在光的直線傳播、光的反射、大氣光學、成像理論等多個方面。春秋戰國時期墨子（公元前468-376 年）及其弟子所著《墨經》中記載：直線傳播、光在鏡面上的反射等現象，并提出了一系列的實驗規律。這是有關光學知識的最早紀錄。
從墨翟開始后的兩千多年的漫長歲月構成了光學發展的萌芽時期，在此期間光學發展比較緩慢。羅馬帝國的滅亡(公元475年)大體上標志著黑暗時代的開始，在此之后，歐洲在很長一段時間里科學發展緩慢，光學亦是如此。除了對光的直線傳播、反射和折射等現象的觀察和實驗外，在生產和社會需要的推動下，在光的反射和透鏡的應用方面，逐漸有了些成果。歐幾里德(Euclid，公元前330～275)的《反射光學》研究了光的反射，提出了反射定律和光類似觸須的投射學說。大約公元100 年克萊門德（Clemomedes）和托勒密（C.Ptolemy,90--168）研究了光的折射現象，最先測定了光通過兩個介質面時的入射角和折射角。羅馬哲學家塞涅卡（Seneca,前3--65）指出充滿水的玻璃泡具有強大功能。從阿拉伯的巴斯拉來到埃及的學者阿爾哈雷（Alhazen，965--1038）反對歐幾里德和托勒密關于眼睛發出光線才能看到物體的學說，認為光線來自所觀察的物體，并且光是以球面形式從光源發出的；反射和入射線共面且入射面垂直與界面，他研究了球面鏡與拋物面鏡，并詳細描述了人眼的構造，首先發明了凸透鏡，并對凸透鏡進行了實驗研究，所得的結果接近于近代關于凸透鏡的理論。培根（R.Bacon,1214--1294）提出透鏡校正視力和采用透鏡組構成望遠鏡的可能性，并描述了透鏡焦點的位置。阿瑪蒂（Armati）發明了眼鏡。波特（G.B.D.Porta，1535--1615）研究了成像暗箱，并在1589年的論文《自然的魔法》中討論了復合面鏡以及凸透鏡和凸透鏡組的組合。綜上所述，到15世紀末和16世紀初，凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學元件已相繼出現。
這一時期可以稱為光學發展史上的轉折點。在這個時期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了幾何光學的基礎。同時為了提高人眼的觀察能力，人們發明了光學儀器，第一架望遠鏡的誕生促進了天文學和航海事業的發展，顯微鏡的發明給生物學的研究提供了強有力的工具。
1608 年荷蘭人李普塞發明第一架望遠鏡，17 世紀初延森和馮特納發明了第一架顯微鏡。1610 年伽利略制作了望遠鏡，并用望遠鏡觀察星體運動。1611 年開普勒發表《折光學》，設計了開普勒天文望遠鏡。1630 年斯涅爾(Snell)和笛卡爾(Descartes)總結出光的折射定律。這些發明發現是光學由萌芽時期發展到幾何光學時期的重要標志。直到1657 年費馬（Fermat）得出著名的費馬原理，并從原理出發推出了光的反射和折射定律。這兩個定律奠定了幾何光學的基礎，光學開始真正形成一門科學。
關于光的本性的概念，是以光的直線傳播觀念為基礎的，但從十七世紀開始，就發現有與光的直線傳播不完全符合的事實。意大利人格里馬第首先觀察到光的衍射現象，接著，胡克也觀察到衍射現象，并且和波意耳獨立地研究了薄膜所產生的彩色干涉條紋，這些都是光的波動理論的萌芽。
十七世紀下半葉，牛頓和惠更斯等把光的研究引向進一步發展的道路。1672年牛頓完成了著名的三棱鏡色散實驗，并發現了牛頓圈（但最早發現牛頓圈的卻是胡克）。在發現這些現象的同時，牛頓于公元1704年出版的《光學》，提出了光是微粒流的理論，他認為這些微粒從光源飛出來。在真空或均勻物質內由于慣性而作勻速直線運動，并以此觀點解釋光的反射和折射定律。然而在解釋牛頓圈時，卻遇到了困難。同時，這種微粒流的假設也難以說明光在繞過障礙物之后所發生的衍射現象。 惠更斯反對光的微粒說，1678年他在《論光》一書中從聲和光的某些現象的相似性出發，認為光是在“以太”中傳播的波。所謂“以太”則是一種假想的彈性媒質，充滿于整個宇宙空間，光的傳播取決于“以太”的彈性和密度。運用他的波動理論中的次波原理，惠更斯不僅成功地解釋了反射和折射定律，還解釋了方解石的雙折射現象。但惠更斯沒有把波動過程的特性給予足夠的說明，他沒有指出光現象的周期性，他沒有提到波長的概念。他的次波包絡面成為新的波面的理論，沒有考慮到它們是由波動按一定的位相疊加造成的。歸根到底仍舊擺脫不了幾何光學的觀念，因此不能由此說明光的干涉和衍射等有關光的波動本性的現象。與此相反，堅持微粒說的牛頓卻從他發現的牛頓圈的現象中確定光是周期性的。
綜上所述，這一時期中，在以牛頓為代表的微粒說占統治地位的同時，由于相繼發現了干涉、衍射和偏振等光的波動現象，以惠更斯為代表的波動說也初步提出來了，因而這個時期也可以說是幾何光學向波動光學過渡的時期，是人們對光的認識逐步深化的時期。
1801 年托馬斯·楊 的“楊氏雙縫干涉實驗”解釋了光的干涉現象，初步測定了光的波長，并于1817 年提出光是一種橫波。1815 年菲涅爾補充了惠更斯原理，形成惠更斯—菲涅爾原理；解釋了光在各向同性介質中的直線傳播和光的衍射現象，并推出菲涅爾公式。最終，19 世紀初光的波動理論終于戰勝了微粒說。至此，光的波動理論既能解釋光的直線傳播，又能解釋光的干涉、衍射和偏振等現象。
1845 年法拉第發現了光的振動面在強磁場中的旋轉，揭示了光與電磁場的內在聯系。1856年韋伯和柯爾勞斯發現電荷的電磁單位與靜電單位的比值等于光在真空中的傳播速度。他們的發現表明光學現象與磁學、電學現象間有一定的內在關系。1861 年麥克斯韋建立起著名的電磁理論，該理論預言了電磁波的存在，并指出電磁波的速度與光速相同，提出光是一種電磁波的假設。 1888 年赫茲發現了波長較長的電磁波——無線電波，它有反射、折射、干涉、衍射等與光類似的性質，傳播速度恰好等于光速。至此，光的電磁理論基礎被正式確立。針對惠更斯波動理論中的光的傳播介質“以太”是否存在這一問題，麥克爾遜和莫雷于1887 年利用光的干涉效應（麥克爾遜干涉儀），試圖探測地球相對于“以太”的運動，得到了否定的結論，證實以太根本不存在。
19世紀末到20世紀初，光學的研究深入到光的發生、光和物質相互作用的微觀機制中。光的電磁理論主要困難是不能解釋光和物質相互作用的某些現象，例如，熾熱黑體輻射中能量按波長分布的問題，特別是1887年赫茲發現的光電效應。1900年，普朗克從物質的分子結構理論中借用不連續性的概念，提出了輻射的量子論。他認為各種頻率的電磁波，包括光，只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒稱為量子，光的量子稱為光子。量子論很自然地解釋了灼熱體輻射能量按波長分布的規律，以全新的方式提出了光與物質相互作用的整個問題。量子論不但給光學，也給整個物理學提供了新的概念，所以通常把它的誕生視為近代物理學的起點。
1905 年愛因斯坦發展了光的量子理論，成功地解釋了光電效應，提出了光的波粒二象性。 至此，光到底是“粒子”還是“波動”的爭論得到解決：在某些方面，光表現的象經典的“波動”，在另一些方面表現的象經典的“粒子”，光有“波粒二象性”。這樣，在20 世紀初，一方面從光的干涉、衍射、偏振以及運動物體的光學現象確證了光是電磁波；而另一方面又從熱輻射、光電效應、光壓以及光的化學作用等無可懷疑地證明了光的量子性——微粒性。光和一切微觀粒子都具有波粒二象性，這個認識促進了原子核和粒子研究的發展，也推動人們去進一步探索光和物質的本質，包括實物和場的本質問題。為了徹底認清光的本性，還要不斷探索，不斷前進。
1916 年愛因斯坦預言原子和分子可以產生受激輻射。他在研究輻射時指出，在一定條件下，如果能使受激輻射繼續去激發其他粒子，造成連鎖反應，雪崩似地獲得放大效果，最后就可得到單色性極強的輻射，即激光。這為現代光學的發展奠定了理論基礎。
從20世紀中葉起，隨著新技術的出現，新的理論也不斷發展，已逐步形成了許多新的分支學科或邊淵學科，光學的應用十分廣泛。幾何光學本來就是為設計各種光學儀器而發展起來的專門學科，隨著科學技術的進步，物理光學也越來越顯示出它的威力，例如光的干涉目前仍是精密測量中無可替代的手段，衍射光柵則是重要的分光儀器，光譜在人類認識物質的微觀結構(如原子結構、分子結構等)方面曾起了關鍵性的作用，人們把數學、信息論與光的衍射結合起來，發展起一門新的學科——傅里葉光學，把它應用到信息處理、像質評價、光學計算等技術中去。特別是激光的發明，可以說是光學發展史上的一個革命性的里程碑，由于激光具有強度大、單色性好、方向性強等一系列獨特的性能，自從它問世以來，很快被運用到材料加工、精密測量、通訊、測距、全息檢測、醫療、農業等極為廣泛的技術領域，取得了優異的成績。此外，激光還為同位素分離、儲化，信息處理、受控核聚變、以及軍事上的應用，展現了光輝的前景。
此外，由強激光產生的非線性光學現象正為越來越多的人們所注意。激光光譜學，包括激光喇曼光譜學、高分辨率光譜和皮秒超短脈沖，以及可調諧激光技術的出現，已使傳統的光譜學發生了很大的變化，成為深入研究物質微觀結構、運動規律及能量轉換機制的重要手段。它為凝聚態物理學、分子生物學和化學的動態過程的研究提供了前所未有的技術。
總之，現代光學和其他學科和技術的結合，在人們的生產和生活中發揮這日益重大的作用和影響，正在成為人們認識自然、改造自然以及提高勞動生產率的越來越強有力的武器。
