为了推动遥感定量化前沿科学问题的解决，加强学科优势和部门优势，2003年中国科学院遥感应用研究所的遥感信息科学开放研究实验室（LARSIS）与遥感基础理论研究较强的北京师范大学遥感与地理信息系统研究中心联合申请组建遥感科学国家重点实验室。2005年，获科技部批准并对外开放运行。通过联合建设国家重点实验室，既充分发挥了LARSIS的专业性强、实验条件完备的优势，又保持了北京师范大学人才资源丰富，专业齐全和学科交叉的特色，青年学生能提前参与研究，实现了大学和研究所强强联合，大幅提升了实验室的研究能力。实验室主管部门为中国科学院，依托单位为中国科学院空天信息创新研究院（原遥感与数字地球研究所）和北京师范大学，其中两依托单位的实验室固定人员数比例为2:1。实验室是我国目前唯一进行遥感科学基础研究的国家级重点实验室，凝聚了我国遥感界的一批骨干力量，引导了我国遥感科学领域的不断发展。2012年，为加强遥感与数字地球科技领域的综合优势，中国科学院决定由原遥感应用研究所和对地观测与数字地球科学中心联合组建遥感与数字地球研究所。2017年，面向促进空天领域重大产出和支撑国家实验室建设为目标，中国科学院进一步整合空天信息领域的电子学研究所、遥感与数字地球研究所和光电研究院等三家单位，构建形成空天信息领域高起点、大格局、全链条的学科布局。实验室抓住这两次机构改革的机遇，完成了实体化运行体制改革，实现了财务和人事相对独立的运行体系，优化和加强了研究队伍，进一步凝练了实验室的定位和研究方向，并充分利用两大科学装置，进一步提高了实验室的科研能力。