重点实验室于2008年12月经中国科学院批准正式成立并对外开放，其前身为国家计划大气光学重点实验室，年月正式更名为中国科学院大气光学重点实验室。实验室的依托单位是中国科学院合肥物质科学研究院，坐落在合肥市西郊蜀山湖畔的“科学岛”上，这里三面碧水环绕，四季绿树成荫，风景独特秀丽。

大气成分与光学是一门大气物理学科和光物理、光化学等多学科交叉的科学，也是一门综合多种高技术手段，进行长期系统地实际观测实验研究的应用基础性学科。气候与环境变化是当今人类社会面临的重大挑战，大气成分、光波辐射作为气候环境变化的主体之一，光辐射与大气相互作用在其变化过程中扮演着关键角色。此外，先进光电系统在地球大气环境应用中会受到大气的不种程度的影响，从而导致其性能的严重退化。因此，深入系统认识大气成分及其与光的相互作用机理和规律，获取大气成分与光学特性的定量数据等国家环境安全重要基础资源并建立应用模式，为促进人与自然和谐相处、提高人民健康水平提供知识、技术、方法和手段，服务于我国应对气候环境变化和先进光电工程应用等重大国计民生问题的需求，具有十分重要的意义。