中国科学院空天信息创新研究院在中国科学院电子学研究所、遥感与数字地球研究所、光电研究院的基础上整合组建。其中，电子学研究所创建于1956年，为我国第一个综合型电子与信息科学研究所；遥感与数字地球研究所于2012年在原遥感应用研究所（1979年）、对地观测中心（2007年）基础上组建，为我国遥感科学与综合应用技术研究机构；光电研究院组建于2003年，是光电工程、航天航空和应用科技等三个主要领域兼具总体管理与技术总体职能的高技术研究单位。

重要历史节点

　　1956年9月，根据国务院制订的我国十二年科学发展远景规划和发展“无线电电子学”等新技术的四大紧急措施，经中央批准，成立了中国科学院电子学研究所筹备委员会，并从北京物理所、长春电机所等单位抽调48位科技人员，租用西苑大旅社6号楼开始创业工作。

　　1958年7月迁入中关村，正式启用中关村研究基地，相继成立十个研究室。

　　1960年3月，建立0305工厂，学科设置几乎覆盖当时无线电电子学的全部领域，职工达2000余人。

　　1960年7月12日，经中国科学院第五次院常务会议批准中国科学院电子学研究所正式成立。

　　1964年，根据中央提出“建设三线”，专业分工，组织拳头，合理布局，加强重点学科发展的统一规划，电子所进行了科研结构调整，声学、电线路、天线及电波、量子电子学、固体电子学等学科902名职工从电子所分出，分别建立了中国科学院声学研究所和西安空间无线电技术研究所(航天部504所)两个所，援建了上海光机所、电子部22所、55所、156工程处(航天部771所)、701工程处(洛阳测控所)五个所。

　　1965年8月，华东电真空研究所236人并入电子所，电子所成为以真空电子学和气体激光为主要研究方向的专业研究所。

　　70年代末，电子所又开拓了一些新的研究领域，主要从事通信与电子系统、信号与信息处理、电磁场与微波技术、物理电子学与光电子学等四个领域的研究，使之重新成为一个以应用研究为主的多学科综合型的电子科学研究所。

　　电子所逐渐形成了微波成像雷达及其应用技术、微波器件与技术、高功率气体激光技术、传感器与微系统技术和空间信息处理与应用领域五个优势学科以及探地雷达和FPGA技术两个新技术增长点。

　　1979年，中科院遥感应用研究所成立，正式开启中国遥感事业的发展之路。分别在热红外、高光谱和雷达遥感基础理论研究方面取得原创性成果，在农业估产、遥感找矿、环境和灾害监测等领域取得多个中国第一。

　　1985年，中科院航空遥感中心成立，引进两架遥感飞机， 在遥感科学实验、仪器校飞和应对重大自然灾害中发挥了不可或缺的作用。

　　1986年，中科院中国遥感卫星地面站建成，接收国外十余颗卫星数据，为国土资源、农业发展、生态环境、城市建设、重大工程等提供95%以上遥感数据支持，填补了我国在卫星遥感技术领域的空白。

　　2007年3月，中科院党组对全院遥感领域的优势资源进行了初步整合，在遥感卫星地面站、航空遥感中心和数字地球实验室的基础上组建对地观测与数字地球科学中心。

　　2012年2月，中科院党组再次做出全面整合遥感所和对地观测中心的战略部署，成立了遥感与数字地球研究所。

　　2000年9月，中共中国科学院党组决定组建中国科学院光电研究院。

　　2003年11月经中编委批准正式成立；同年12月，中科院党组决定将中国科学院空间科学与应用总体部划归光电院。

　　2005年6月，中科院决定成立中国科学院天地一体化遥感技术系统总体部。2009年3月，中科院成立中国科学院导航总体部。两总办公室依托在光电院，构成了光电院在光电与空间领域的总体构架。