Кафедра оптоинформатики является продолжателем подготовки физиков- профессионалов, которая была начата в 1988 году на базе Вузовско-академического отдела нелинейной оптики ИЭФ УрО РАН и ЧПИ. Отдел был организован по инициативе членов-корр. РАН Г. П. Вяткина и Б. Я. Зельдовича совместным приказом Минвуза СССР и Академии наук СССР в 1987 году.

В 1997 году на базе отдела была организована кафедра оптики и спектроскопии, которую возглавила д.ф.-м.н. Н. Д. Кундикова. Основной преподавательский состав кафедры сформировался из выпускников первых двух наборов, которые к тому времени закончили аспирантуру. Подготовка была начата по специальности «Прикладные математика и физика», которая в 2000 году трансформировалась в бакалавриат и магистратуру. Кафедра вошла в состав факультета прикладной математики и физики. Экспериментальные исследования, выполненные на кафедре оптики и спектроскопии и вузовско-академическом отделе нелинейной оптики (профессор Н. Д. Кундикова) удостоены медали Галилео Галилея Международной комиссии по оптике (1997 год).

В 2016 после организации Института естественных и точных наук кафедра была переименована в кафедру оптоинформатики. В 2019 году в состав кафедры вошли сотрудники кафедры общей и экспериментальной физики. Кафедра общей и экспериментальной физики как кафедра физики №2 была организована 29 июня 1965 года с целью проведения подготовки по физике на инженерных факультетах ЧПИ. Первым заведующим кафедрой был доц. В. П. Позднев. Название общей и экспериментальной физики кафедра получила при организации факультета прикладной математики и физики. В 2019 году кафедрой заведовал доктор технических наук проф. С. Ю. Гуревич.

Программа подготовки студентов по направлению «Прикладные математика и физика», которая осуществляется на кафедре, совпадает с программой МФТИ. Большой объем подготовки предусмотрен по английскому языку, без знания которого невозможно эффективно заниматься научными исследованиями.

Ряд молодых сотрудников прошли полугодовые стажировки в Университете Центральной Флориды (США), в котором работал Б. Я. Зельдович. Сотрудники кафедры имеют опыт работы в зарубежных университетах (доценты Ю. В. Мухин, Ф. В. Подгорнов), а также выступления на международных конференциях. Заведующий кафедрой является вице-президентом Международной комиссии по оптике.