1987年，原国家计委批准在西安交通大学建设电子物理与器件国家专项实验室，1992年12月建成并通过国家验收。1993年12月原国家教委批准该实验室为第一批国家教委部门开放研究实验室，并面向国内外开放。1999年9月教育部批准该实验室为第一批教育部重点实验室。实验室现任主任为王宏兴教授，学术委员会主任为中国科学院院士侯洵教授。

实验室主要依托“物理电子学”二级学科，是“电子科学与技术博士后科研流动站”成员单位，建有“中科院半导体所－西安交通大学信息功能材料与器件联合实验室”、“彩虹集团公司西安交通大学显示器件研究中心”以及“爱发科集团西安交通大学联合实验室”。

根据学科领域国际发展趋势、国家科技发展方向、国家电子信息产业及国防安全重大需求，实验室在超快光子学与信息光电子技术、宽禁带半导体材料与器件以及微波太赫兹器件和微纳加工与检测技术三个方面开展应用基础和技术开发研究。实验室的研究和开发重点为：

实验室现有固定研究人员79人，其中教授和研究员35人，副教授32人，高级工程师5人。实验室现有面积21000平方米，其中，超净实验室9000平方米，实验室现有各种仪器设备2100多台套，总价值1.01亿元。40万元以上的大型设备51台套，包括：半导体材料与器件测试系统，半导体芯片工艺加工系统，能带和器件光电热仿真模拟系统，单晶金刚石工艺研制平台、飞秒激光微纳加工动力学、激光诱导纳米功能结构电子调控、超分辨近场纳米加工平台系统，半导体器件纳米工艺和封装技术等设备、系统和平台。同时，在本评估期内自主研制了“微区飞秒时间分辨瞬态吸收和超快荧光光谱显微成像系统”、“复杂微细结构激光加工装备”、“金刚石半导体n型高效掺杂微波等离子体CVD”等3套重大仪器。各大型实验系统、测试平台有专门实验技术队伍管理，保证良好的运行与使用。实验室定期对旧设备进行维护和软件更新，保证其正常运行。在现有设备的基础上结合国际科研技术发展趋势，积极整合和改造。实验室完成拥有自主知识产权的20套新型微波等离子体CVD系统，全固态量子器件物理原理实验系统，高时空分辨瞬态吸收与超快荧光光谱测量系统，飞秒激光微纳加工系统，二次电子发射测量平台、真空放电腔、微波源、矢量网络分析仪参数化脉冲激励系统及放电等离子体调控系统等。为取得科研成果提供了重要支持。

实验室在“七﹒五”期间，承担了国家重点科技攻关项目“高分辨率彩色显示管的研制”，成功研制开发出14英寸720×515点高分辨率彩色显示管和20英寸1024×768点高分辨率彩色显示管，填补了国内空白。在“八﹒五”期间，承担了国家重点科技攻关项目“高清晰度彩色显像管的研制”， 成功研制开发出25英寸700线改进清晰度彩色显象管，研究成果已应用于企业的新产品开发。在“九﹒五”期间，承担了国家重点科技攻关项目“彩色等离子体显示器件的设计及实用化关键技术的研究”，在国内率先研制成功21英寸全色等离子体平板显示器件。在国内率先开展单晶金刚石研究，开展光量子信息处理单元器件研究。在原子体系中实现了具有宇称-时间反演对称的光晶格，构建了光子拓扑绝缘体的创新性理论，解决了制约高精度激光诊断、高性能可调谐光隔离器、高速光信息处理元件的重大科学问题。掌握2英寸单晶金刚石衬底的小批量量产工艺和高质量本征单晶金刚石外延生长的核心技术，在太阳能电池、钙钛矿发光二极管及其量子点方向取得重要进展，其中实现锡基钙钛矿太阳能电池9.61%的光电转换效率，为同期国际最高纪录。针对“束-场非线性强耦合”下的特殊需求，开展微波传输线击穿敏感区域计算模型和复杂结构器件击穿过程三维数值模拟研究，打破国际垄断，服务国防重大需求，研制的模型和软件已成功应用于国防器件研制单位。近年来，实验室相继承担包括国家重大科学仪器专项，军工重大等国家级、省部级和企业合作科研项目300余项，在国内外重要刊物发表学术论文600余篇，获国家级、省部级科技进步奖10余项，授权中国发明专利110余项。