17世紀 ，R. 胡克和C. 惠更斯創立了光的波動說。惠更斯曾利用波前概念正確解釋了光的反射定律、折射定律和晶體中的雙折射現象。這一時期，人們還發現了一些與光的波動性有關的光學現象，例如F. M. 格里馬爾迪首先發現光遇障礙物時將偏離直線傳播，他把此現象起名為“衍射”。胡克和R. 玻意耳分別觀察到現稱之為牛頓環的干涉現象。這些發現成為波動光學發展史的起點。17世紀以後的一百多年間，光的微粒說（見光的二象性）一直占統治地位，波動說則不為多數人所接受，直到進入19世紀後，光的波動理論才得到迅速發展。
1800年，T.楊提出了反對微粒說的幾條論據，首次提出干涉這一術語，並分析了水波和聲波疊加後產生的干涉現象。楊於1801年最先用雙縫演示了光的干涉現象（見楊氏實驗），第一次提出波長概念，並成功地測量了光波波長。他還用干涉原理解釋了白光照射下薄膜呈現的顏色。1809年E. L. 馬呂斯發現了反射時的偏振現象（見布儒斯特定律），隨後A.-J. 菲涅耳和D. F. J. 阿拉戈利用楊氏實驗裝置完成了線偏振光的疊加實驗，楊和菲涅耳藉助於光為橫波的假設成功地解釋了這個實驗。1815年，菲涅耳建立了惠更斯-菲涅耳原理，他用此原理計算了各種類型的孔和直邊的衍射圖樣，令人信服地解釋了衍射現象。1818年關於阿拉戈斑（見菲涅耳衍射）的爭論更加強了菲涅耳衍射理論的地位。至此，用光的波動理論解釋光的干涉、衍射和偏振等現象時均獲得了巨大成功，從而牢固地確立了波動理論的地位。
19世紀60年代，J. C.麥克斯韋建立了統一電磁場理論，預言了電磁波的存在並給出了電磁波的波速公式。隨後H. R. 赫茲用實驗方法產生了電磁波。光與電磁現象的一致性使人們確信光是電磁波的一種，光的古典波動理論與電磁理論融成了一體，產生了光的電磁理論。把電磁理論套用於晶體，對光在晶體中的傳播規律給出了嚴格而圓滿的解釋。19世紀末，H. A. 洛倫茲創立了電子論，他把物質的巨觀性質歸結為構成物質的電子的集體行為，電磁波的作用使帶電粒子產生受迫振動並產生次級電磁波，根據這一模型解釋了光的吸收、色散和散射等分子光學現象。這種經典的電磁理論並非十全十美，因在關於光與物質相互作用的問題上涉及微觀粒子的行為，必須用量子理論才能得到徹底的解決。
