1952年，创办精密仪器专业，并于1959年正式建系。

1959年，精密仪器工程系开始成批招收和培养研究生的工作。

1965年，精密仪器系举办了“半工半读中技班”，为学校和系培养了首批技术工人。

1971年，经学校负责人决定，恢复筹建航行仪表专业，并批准新建激光专业。

20世纪80年代，精密仪器系先后创办了生物医学工程与仪器专业，并将激光专业更名为光电子技术专业。

1995年10月2日，天津大学精密仪器与光电子工程学院在原精密仪器工程系基础上成立。

2003年，光电子技术科学（天南大合办）开始招收，学生能够同时分享两所顶级高校优秀的教育资源，获得两校颁发的毕业证书。

2009年，精密仪器与光电子工程学院评为全国教育系统先进集体。

2011年，精仪学院被国家教改办、教育部批准成为首批十七所国家级试点学院。

2012年，测控技术与仪器专业首批通过了由教育部、中国仪器仪表学会专家组进行的全国工程教育专业认证。

2018年12月，获首批全国党建工作标杆院系培育创建单位。