История лицея началась в 1926 году, когда при Оптико-механическом заводе (ГОМЗ им. ОГПУ) было создано фабрично-заводское училище для подготовки оптиков, механиков и сборщиков. Училище находилось на территории завода на Чугунной улице.
В 1940 году ФЗУ ГОМЗа вошло в систему трудовых резервов страны. В начале Великой отечественной войны училище вместе с заводом было эвакуировано в Казань, где учащиеся вместе с рабочими трудились над выполнением военных заказов. После возвращения в Ленинград, ФЗУ ГОМЗа стало называться Ремесленным училищем №53.
В октябре 1962 года было организовано Ленинградское Оптико-механическое объединение (ЛОМО). Кадры для объединения стало готовить ПТУ № 46 — правопреемник РУ № 53. В 1975 году на Полюстровском проспекте при участии ЛОМО было построено новое современное здание училища, общей площадью 20 000 кв. м, оснащенное по последнему слову техники. В новом комплексе был создан учебно-производственный цех ЛОМО.
За успехи в подготовке кадров для оптико-механической промышленности в 1977 году Верховный Совет СССР наградил ПТУ №46 орденом Трудового Красного Знамени.
В 1987 году училищу был присвоен статус лицея.
В соответствии с постановлением Правительства Санкт-Петербурга от 28.04.2009 г. №455 с 2010 года проводились работы по реконструкции главного здания лицея по адресу: Полюстровский пр., д. 61, литера А.
На время реконструкции лицей переехал на площадки Профессионального лицея полиграфии и книжной торговли. В 2011 году профессиональный лицей полиграфии и книжной торговли реорганизовано путем присоединения к Оптико-механическому лицею.
1 сентября 2015 года возобновилась образовательная деятельность в новом здании лицея по адресу проспект Полюстровский, дом 61.
