光学以光的传播和光与物质的相互作用为研究对象。光学是物理学的基础学科之一，它同时还具有很强的应用性。早期的光学的研究对象主要是可见光，现在的光学的研究对象则包括了可见光、红外线、紫外线和X射线，而且研究范围还扩展到了光的发射、光的接收和光与物质的相互作用等问题上。光学作为物理学的一个基础学科，它与物理学的其他学科相互衔接并相互渗透。光学的研究内容有几何光学、波动光学和现代发展起来的各个新领域，随着科技的发展，相信光学的研究内容还会得到进一步的充实。
《墨经》是我国先秦时期的著作，在这本著作中有关于光的直进性、影、针孔成像、球面反射镜等光学记录，这是世界上最早的光学记录。光学在《墨经》出现以后的漫长时期里都没有取得什么进展，虽然那时出现了凹面镜、凸面镜、透镜及透镜的组合等光学器件，而且这些光学器件的应用也相当普遍，但是系统的光学理论还没有形成，光学研究还处于相对停滞阶段。
17世纪，处于停滞阶段的光学取得了一些进展，这些进展首先表现在光学仪器的制造上。1608年，荷兰商人李普希发明了第一架望远镜。1610年，意大利科学家伽利略发明了放大物体的显微镜。各式各样的望远镜和显微镜在这段时间之内纷纷出现。光学理论方面也有很大的进展。1621年，荷兰科学家斯涅耳发表了一篇文章，这篇文章提出了折射定律的余割形式。1637年，法国科学家笛卡儿提出了折射定律的正弦形式。1657年，法国数学家费马提出了最小时间原理。由于光学仪器和光学理论的巨大进步，几何光学的基础在17世纪中叶已经形成。17世纪后半叶，英国科学家牛顿使用三棱镜将太阳光分解成彩色光带，并做了颜色混合实验，从此颜色之谜被解开。1672年，牛顿根据光的反射与颜色无关这一原理，将世界上第一台无色差反射式望远镜研制出来。与此同时，牛顿提出了光的微粒说，而与他同时代的英国科学家胡克和荷兰科学家惠更斯则提出了光的波动说，光的本质这个问题从此成为光学讨论的热门话题。
19世纪，光的波动说得到了很大的发展。通过法国科学家菲涅耳等人的不懈努力，光的波动说得到了大家的承认并取得了重要的地位。波动理论成功地解释光的干涉、光的衍射和光的偏振等光学现象，而这些光学现象都与光的传播行为有关。19世纪60年代，英国科学家麦克斯韦建立了电磁场理论，他还对光速进行了测定，这使人们更加确信光是一种电磁波。光波是一种电磁波，这样的解释与光学现象相符，这就使得光的波动说有了坚实的理论基础。运用电磁场理论对光在晶体和金属中的传播规律进行研究时，晶体光学和金属光学这两个光学分支开始出现，几何光学和波动光学也是电磁场理论的一部分内容。19世纪末，荷兰物理学家洛伦兹创立了洛伦兹电子论，电子论解释了光的色散、光的散射和光的吸收等光学现象，光与物质相互作用的问题由此得到了初步的研究。
20世纪初，德国物理学家普朗克提出了量子假设，这个假设解决了黑体辐射的实验规律；德国科学家爱因斯坦提出了光子假设，这个假设解释了光电效应的实验规律。爱因斯坦重新提出了光的微粒说，光子概念得以确立，它主要用来解决光与物质之间的相互作用，光子概念的产生标志着量子光学的诞生。20世纪60年代，各种各样的激光器出现，量子光学得到了进一步发展，传统的光谱学由于新的理论产生而发生了很大的变化。激光是一种新型的光源，它在工业社会中起到了巨大的作用，它同时推动了光学的发展。光学的发展还未结束，相信不久之后它就会有新的内容。
