光学始于古埃及和美索不达米亚人对透镜的发展，之后是古希腊和印度哲学家对光和视觉的理论发展，以及希腊-罗马时代对几何光学的发展.光学“optics”一词源自古希腊语，意为名词“看见”、“视见”.随着中世纪穆斯林世界对早期物理光学和生理光学（眼睛结构、视觉等）的发展，光学得到了极大的改善，然后在早期欧洲由于衍射光学的出现，光学又得到了更进一步的发展.这些早期的光学被称为“经典光学”.“现代光学”是指20世纪广泛发展的光学领域，比如波动光学和量子光学.
最早的透镜是通过研磨晶体，通常是石英晶体制得，时间可以追逆到公元前700年的亚述（古代西亚奴隶制国家）透镜，比如宁路德透镜（Nimrud lens）（可能用于放大，点火或者装饰）.古埃及、古希腊和古巴比伦有许多相似的透镜.古罗马人和古希腊人在玻璃球里灌入水来制造透镜.但是，用玻璃做透镜的想法直到中世纪才出现.
石英晶体
大英博物馆展出的宁路德透镜（750–710 BC）
在古埃及雕像上的一些透镜要比上面提到的透镜早得多.但是对于他们是否只是用来作为透镜的看法有一些疑虑/疑问，不过它们毫无疑问是玻璃的并且至少是以装饰为目的的（served at least ornamental purposes）.
古印度人认为物质世界由土、水、火和气的原子（组成万物的基本粒子）组成，光线是一束高速运动的火原子.
公元前5世纪，古希腊哲学家恩培多克勒（前490年－前430年）认为万物由火、气、土和水组成.女神阿佛洛狄忒用四种元素造了人的眼睛并且点燃了眼睛里的火使视力成为可能/使人看得到东西（making sight possible）.如果这种说法正确，那么人在晚上也能像白天一样看得到东西，为了解释这个矛盾，恩培多克勒假定从眼睛发出的光线与从其他光源比如太阳发出来的光线相互作用.光源照亮物体，物体表面的反射光、折射光与眼睛发出的光相互作用.
希腊数学家欧几里得在他的著作《光学》中说道“物体在一个较大的角度看起来比较大，在较小的角度看起来比较小，在相等的角度看起来一样大”.在33条公理中，欧几里得叙述了物体的尺寸与到眼睛的距离之间的关系并且研究了从不同角度看圆柱和圆锥时它们的不同尺寸.
公元前55年，罗马共和国末期的诗人和哲学家提图斯•卢克莱修•卡鲁斯（Titus Lucretius Carus，约前99年－约前55年）坚持了罗马原子论者早期的观点，写到：太阳的光和热是由微小的原子组成的，当这些微小的原子离开太阳后，就朝着离开时的方向瞬间射向空气中.尽管和之后的光的粒子理论相似，卢克莱修的观点却没有被普遍接受，光在理论上依然被认为是从眼睛发射出来的.
古希腊数学家亚历山大里亚的希罗（公元10年－70年）在他的《光线反射论》中通过几何方法指出，光源发出的光线通过平面镜反射到眼睛所经过的实际路径比任何其他可以画出来的路径短.（折射定律基于该理论推导出）
生活在埃及用希腊文写作的希腊裔罗马公民，数学家、天文学家、地理学家、占星家克劳狄乌斯•托勒密（Klaudios Ptolemaios；拉丁语：Claudius Ptolemaeus，约90年—168年）肩负起了研究光的反射和折射的工作，出版的研究结果显示，他校正了他的测量，使其符合他的错误设想：入射角和折射角成正比.
如前所述的欧几里得，亚历山大里亚的希罗和托勒密都研究了几何光学.
中世纪阿拉伯的著名哲学家、自然科学家肯迪（796年－873年）是伊斯兰世界最早的重要光学著者.肯迪在一篇著作中发展了一种理论，“世界上的任何物体都朝各个方向发射光线，这些光线充满了整个世界.” 由于肯迪精通拉丁文和阿拉伯文，因此被指派去将希腊哲学和科学资料翻译为阿拉伯文.亚里士多德认为，眼睛要察觉物体的话，眼睛和物体都需要通过一种透明的媒介，比如空气相互接触，并且媒介中充满了光线.然后物体的“可感知的形状”会通过这些媒介传送到眼睛.另一方面，欧几里得认为视觉是从眼睛发射出的沿着直线的光线接触到一个被照亮（被其他光源照亮的）的物体后反射回眼睛而形成.
我们从某一角度看圆圈的时候，看到的是一段线段，这用亚里士多德的观点解释不通；而欧几里得的光学却能提供一种几何模型加以解释，甚至影子的长度以及平面镜反射也可以解释，因此肯迪认为欧几里得的观点比较可信.
肯迪的观点影响了之后的学者，比如Ibn al-Haytham的两个主要成就是，第一，视觉的产生是由于光线进入眼睛；第二，定义了那些被早期的几何光学著者所讨论了的光线的物理本质，认为它们是光和颜色的形状forms.他写了一本书并被翻译为拉丁文后，他的观点在西欧传开并极大地影响了之后的光学发展.
之后的学者Avicenna (980－1037)赞同Alhazen的观点，认为如果光线是从发光的物体发射出来的某种粒子的话，那么光线的速度必然是有限的.Abu 'Abd Allah Muhammad ibn Ma'udh估算了太阳在早晨和傍晚低于实际高度的角度，认为这是由于大气层的湿气的厚度造成的这种折射现象.他计算得到的角度是18°，与现代值十分接近.