国家研究中心是适应大科学时代基础研究特点的学科交叉型国家科技创新基地，是国家科技创新体系的重要组成部分。为深入学习贯彻党的十九大精神，加强基础研究和创新能力建设，依据《
国家科技创新基地优化整合方案》的任务要求，科技部会同有关部门启动国家研究中心组建工作。根据专家论证意见，经研究，决定批准组建北京分子科学等6个国家研究中心。
面向信息光电子、能量光电子和生命光电子三大领域，以三个重大研究任务（海陆空天一体化光网络、绿色高效光子循环与光子制造、脑连接图谱与类脑智能）为牵引，围绕集成光子学、光子辐射与探测、光电信息存储、激光科学与技术、能源光子学、生物医学光子学、多模态分子影像、生命分子网络与谱学等8个方向，开展基础性、前瞻性、多学科交叉融合的创新研究。
武汉光电国家研究中心拥有包括8名两院院士（含兼职/双聘），1名海外院士在内的固定人员421名（含校内外共建单位）。中组部“万人计划”青年拔尖人才 6名，基金委“
优秀青年科学基金”获得者12名，11余人次入选海外学会会士（Fellow）。拥有国家自然科学基金委创新团队2个、国家科技部重点领域创新团队1个、教育部创新团队3个。聘请了由76名
美国科学院院士、
英国皇家科学院院士、
瑞典皇家科学院院士、英国皇家工学院会士等著名海外大师和海外学术骨干组成的海外学术军团。
主持和承担各类项目课题3000余项，累计合同经费34.33亿元。其中包括973项目、国家重大科研仪器设备研制专项、重点研发计划在内的千万级项目73项。获得各类科技奖励172项，其中国家级科技成果奖励18项、省部级一等奖38项；拥有发明专利1438项（含国际专利26项）、
实用新型专利243项，登记
软件著作权85项；专利转化总额达1.08亿元。累计发表SCI论文5918篇。其中原创性的钙钛矿光电转换器件、脑网络光电成像技术、轨道角动量光通信新方法等20余篇发表于
Science和
Nature等系列期刊。
武汉光电国家研究中心与
华中科技大学相关院系共建“光学工程”“
生物医学工程”“
电子科学与技术”及“
计算机科学与技术”四个一级学科，并支持“物理学”、“化学”、“
材料科学与工程”等学科的建设与发展。在2017年
教育部学位与研究生教育发展中心公布第四轮学科评估中，由中心支撑建设的光学工程、生物医学工程2个学科进入A+，计算机科学与技术进入A类。深度融入光电信息学科群、计算机科学与技术学科、并负责类脑智能与医学工程学科群等“双一流”学科（群）的建设。