实验室前身为1996年成立的“光合作用基础研究开放实验室”，中国科学院光生物学重点实验室成立于2009年12月。重点实验室主要围绕太阳能光生物转化与利用的核心问题，揭示光能利用效率调控的分子机理，为在农业和能源应用提供基础性、前瞻性的技术和理论支撑。
实验室主要研究光合膜色素蛋白复合体的结构和功能的关系与仿生学研究、光合膜膜脂的生物合成、结构与功能研究、光信号转导及光合功能调控的分子机理、藻类光合作用与产氢功能调控研究以及光合作用环境适应的分子机理。
实验室现有10个研究组，研究人员48人。其中有中国科学院院士1名， “***计划”1人，8人入选中国科学院“***计划”，3人获国家***基金资助，2人入选“国家***万人才工程”。现任学术委员会主任为赵进东院士，实验室主任为卢从明研究员。
实验室已建立了光合作用光谱平台、蛋白质分离纯化平台、蛋白质分析平台、植物生物转化平台、质谱分析平台和生物太阳能电池研究技术平台。实验室已购置和投入使用的主要仪器设备包括叶绿素荧光测定仪、荧光/化学发光活体影像和分析系统、高效液相色谱系统、全自动植物多光谱三维成像观测室、动态LED阵列差示吸收光谱仪、双色红外激光成像系统等先进的仪器设备等约30台套, 总价值约2700万元。2016年新购置植物光合二氧化碳固定及环境监测系统和多通道连续监测荧光仪各三套。
2016年，重点实验室主要在光能利用效率调控与作物光能高效利用、光合作用光能高效吸收、传递和转换机理及仿生模拟等方面取得重要进展。2016年实验室主持或承担科技部、农业部、国家自然科学基金委、中国科学院等国家和部委各类重要项目课题共57项，项目合同经费共计8409.44万元。其中主持“973”项目1项, 主持“973”课题2项, “863”课题1项,主持国家自然科学基金重点项目1项，基金重大研究计划项目1项，***基金1项，基金面上项目16项，青年科学基金9项，基金合作合作交流项目1项;主持中科院项目17项，“***计划”项目1项。2016年新增项目14项，新增项目经费2557万元。
2016年实验室共发表了SCI期刊论文30余篇，研究成果主要发表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of American，Nature Communications, Nature Plants等国际主流学术刊物上。
