W 1994 r. po połączeniu Instytutu Elektroniki Kwantowej (IEK) i Instytutu Optoelektroniki (IO) powstał nowy samodzielny Instytut Optoelektroniki (IOE), którego komendantem został płk dr hab. inż. Karol Jach. W 2002 r. Instytut znalazł się w strukturach Wydziału Elektroniki, a w 2003 r. w Wydziale Techniki Wojskowej. Pierwszym komendantem WTW został w 2003 r. płk dr hab. inż. Zygmunt Mierczyk, a w roku 2004 płk dr hab. inż. Zbigniew Bielecki. W związku z objęciem funkcji komendanta WTW, a następnie zastępcy rektora przez komendanta IOE płk. dr. hab. inż. Zygmunta Mierczyka, dyrektorem IOE został płk dr hab. inż. Henryk Fiedorowicz. Od rozwiązania WTW w 2007 r. Instytut Optoelektroniki posiada status podstawowej jednostki organizacyjnej WAT.

Przeprowadzane zmiany organizacyjne nie przeszkodziły w kontynuacji prac realizowanych przez zespoły badawcze w poprzednich strukturach organizacyjnych. Dzięki temu tematyka prac prowadzonych w IOE stała się stosunkowo szeroka i objęła fizykę i optykę laserów, detekcję promieniowania elektromagnetycznego (UV, VIS, IR), oddziaływanie promieniowania z materią oraz numeryczne modelowanie oddziaływań wysokoenergetycznych. 

Kontynuowane są prace badawczo-wdrożeniowe na rzecz wojska, budowane są kolejne urządzenia dla potrzeb medycyny oraz dopracowywane metody terapii. Powstanie IOE sprawiło, że badania w zakresie techniki laserowej zostały zgrupowane w jednym instytucie, który przez to stał się największym polskim ośrodkiem badawczym w zakresie optoelektroniki. Bazując na podstawowej tematyce badawczej związanej z laserowymi źródłami promieniowania, detekcją promieniowania i jego oddziaływaniem z materią, IOE realizuje projekty w ramach UE, EDA i NATO. Rozwinęła się współpraca międzynarodowa, przy jednoczesnej kontynuacji wspólnych przedsięwzięć w ramach wieloletniej, wypróbowanej współpracy z zakładami wyspecjalizowanymi w produkcji zbrojeniowej, pokrewnymi instytutami badawczymi oraz największymi warszawskimi uczelniami.

Instytut Optoelektroniki WAT jest spadkobiercą i kontynuatorem dorobku naukowego Instytutu Elektroniki Kwantowej (IEK), Instytutu Optoelektroniki Wydziału Elektroniki (IO WEL), pozawydziałowego Instytutu Optoelektroniki (IO) oraz części Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy (IFPiLM).