中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院在中國科學院電子學研究所、遙感與數字地球研究所、光電研究院的基礎上整合組建。其中，電子學研究所創(chuàng)建于1956年，為我國第一個綜合型電子與信息科學研究所；遙感與數字地球研究所于2012年在原遙感應用研究所（1979年）、對地觀測中心（2007年）基礎上組建，為我國遙感科學與綜合應用技術研究機構；光電研究院組建于2003年，是光電工程、航天航空和應用科技等三個主要領域兼具總體管理與技術總體職能的高技術研究單位。
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重要歷史節(jié)點
1956年9月，根據國務院制訂的我國十二年科學發(fā)展遠景規(guī)劃和發(fā)展“無線電電子學”等新技術的四大緊急措施，經中央批準，成立了中國科學院電子學研究所籌備委員會，并從北京物理所、長春電機所等單位抽調48位科技人員，租用西苑大旅社6號樓開始創(chuàng)業(yè)工作。
1958年7月遷入中關村，正式啟用中關村研究基地，相繼成立十個研究室。
1960年3月，建立0305工廠，學科設置幾乎覆蓋當時無線電電子學的全部領域，職工達2000余人。
1960年7月12日，經中國科學院第五次院常務會議批準中國科學院電子學研究所正式成立。
1964年，根據中央提出“建設三線”，專業(yè)分工，組織拳頭，合理布局，加強重點學科發(fā)展的統一規(guī)劃，電子所進行了科研結構調整，聲學、電線路、天線及電波、量子電子學、固體電子學等學科902名職工從電子所分出，分別建立了中國科學院聲學研究所和西安空間無線電技術研究所(航天部504所)兩個所，援建了上海光機所、電子部22所、55所、156工程處(航天部771所)、701工程處(洛陽測控所)五個所。
1965年8月，華東電真空研究所236人并入電子所，電子所成為以真空電子學和氣體激光為主要研究方向的專業(yè)研究所。
70年代末，電子所又開拓了一些新的研究領域，主要從事通信與電子系統、信號與信息處理、電磁場與微波技術、物理電子學與光電子學等四個領域的研究，使之重新成為一個以應用研究為主的多學科綜合型的電子科學研究所。
電子所逐漸形成了微波成像雷達及其應用技術、微波器件與技術、高功率氣體激光技術、傳感器與微系統技術和空間信息處理與應用領域五個優(yōu)勢學科以及探地雷達和FPGA技術兩個新技術增長點。
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1979年，中國科學院遙感應用研究所成立，正式開啟中國遙感事業(yè)的發(fā)展之路。分別在熱紅外、高光譜和雷達遙感基礎理論研究方面取得原創(chuàng)性成果，在農業(yè)估產、遙感找礦、環(huán)境和災害監(jiān)測等領域取得多個中國第一。
1985年，中國科學院航空遙感中心成立，引進兩架遙感飛機， 在遙感科學實驗、儀器校飛和應對重大自然災害中發(fā)揮了不可或缺的作用。
1986年，中國科學院中國遙感衛(wèi)星地面站建成，接收國外十余顆衛(wèi)星數據，為國土資源、農業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、城市建設、重大工程等提供95%以上遙感數據支持，填補了我國在衛(wèi)星遙感技術領域的空白。
2007年3月，中國科學院黨組對全院遙感領域的優(yōu)勢資源進行了初步整合，在遙感衛(wèi)星地面站、航空遙感中心和數字地球實驗室的基礎上組建對地觀測與數字地球科學中心。
2012年2月，中國科學院黨組再次做出全面整合遙感所和對地觀測中心的戰(zhàn)略部署，成立了遙感與數字地球研究所。
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2000年9月，中共中國科學院黨組決定組建中國科學院光電研究院。
2003年11月經中編委批準正式成立；同年12月，中國科學院黨組決定將中國科學院空間科學與應用總體部劃歸光電院。
2005年6月，中國科學院決定成立中國科學院天地一體化遙感技術系統總體部。2009年3月，中國科學院成立中國科學院導航總體部。兩總辦公室依托在光電院，構成了光電院在光電與空間領域的總體構架。
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