國立中山大學於民國69年在高雄西子灣，「材料科學研究所」於次年成立。繼清華大學與成功大學之後，成為國內第三個材料研究所，每年招收十位碩士班研究生。經歷多年發展，逐步擴充為擁有16位教授、每年招收30位碩士班研究生與10位博士班研究生的研究所。民國92年中山大學申請成立「材料與光電工程學系」，招收大學部學生50名，成為國內首先成立，兼顧材料與光電兩大領域的科系，並於97年與「材料科學研究所」合併，更名為「材料與光電科學學系」迄今。其間並於108年獲准增設前瞻應用材料碩士班，招收碩士生15名。現今材料與光電科學學系共有專任教師20位，每年招收大學部學生50名，碩士生54名、前瞻應用材料碩士生15名、博士生8名。本系有四位專任技術員、三位行政助理、以及多位科技部貴儀技師，分別負責本系貴重儀器的操作與維護，以及行政事務處理。

本系大一與大二的基礎課程，讓學生建立材料科學與光電物理的基本概念，同時從大二開始，分別提供材料與光電科學的專業課程，使學生得以在材料和光電科技的應用範疇內，建構自己的專長。因此本系學生比材料系畢業生具備更佳的物理基礎，與光電系畢業生相較，則擁有基本的材料科學知識。是一般的材料系或光電系學生無法同時獲得的訓練，成為本系的一大特色。

本系學生在大三及大四階段，可以加入教授的實驗室，執行專題研究，一方面驗證所學、一方面為進入研究所深造植實力。本校有五年學碩方案，參與方案的同學可以在大四即開始接受貴重儀器操作訓練，與進行碩士論文研究，五年內完成碩士學位。此外，本系研究所提供完整的材料與光電基礎課程，畢業自大專院校理工或相關科系的研生，多可透過基礎與進階課程的訓練，於兩年內順利完成碩士論文研究，取得學位。為使研究生得到最佳的指導與顧，本系不僅堅持教學與研究品質，也讓研究生均可接受貴重儀器使用訓練，以及在取得操作執照後，充裕的自行用時間，以培養同學獨立研究的能力，亦為本系一大特色。 

本系教授的研究方向，可分為無機材料、高分子材料與光電科學三大領域，各領域均有一個特色研究中心，分別是:

1. 光電科學領域-尖端晶體材料聯合實驗室(TCECM)，於2010年由科技部資助成立，專門從事單晶與磊晶成長的基礎研究，及其在光電元件和高能與生醫探測的應用研究。

2. 無機材料領域-金屬物性與微結構研究中心，於99年由中國鋼鐵公司資助成立，專門從事次世代鋼鐵材料的研究開發，以及金屬物性量測與顯微組織分析技術的開發。

3. 高分子材料-功能性高分子與超分子材料研究中心，於2014年由科技部工業基礎計畫資助成立，專門從事功能性高分子材料、自組裝高分子材料、光子晶體材料、共價有機框架材料、光電高分子材料進行研究。

在研究資源方面，除了以上三大研究中心所建置的研究資源之外，本系共有八項貴重儀器由科技部補助購置，提供學界與產業界分析服務。此外，本系亦建立多間共用實驗室，由教授輪流擔任儀器負責人，開放給全系師生共同使用。並針對大學部同學，建立完善的光電與材料分析實驗室，提供先進分析設備，如桌上型掃描式電子顯微鏡、示差掃描式熱分析儀、顯微探針電性分析儀，光學顯微鏡、微硬度儀等，供大學部同學學習自行操作使用。本系教師在研究上著重高品質論文發表，2016-2020本系教師所發表論文之平均加權引用指標（FWCI）達1.34。歷年來有多位教授獲得行政院傑出科技貢獻獎、科技部傑出研究獎、吳大猷獎等國內重要的科技獎項。

本系在歷任系主任及所有教職學生的努力下，奠定了良好的研究環境，然而隨著時代的脈動，與產業界的互動的增加已經成為趨勢。本系目前已經與南部地區多家企業建立合作研究關係，產學合作研究經費逐年增加。

本系積極推動與國外一流大學建立合作研究舊關係，推動雙聯學位與交換生計畫，以提供各級學生出國交流、學習與研究的機會。目前已經與韓國延世大學（Yonsei University）簽訂雙聯學位協議，並與德國Technique University of Darmstadt簽訂交換生計畫，並將繼續推動與其他歐、亞一流大學的雙聯學位與交換生計畫。