前沿创新中心是研究院重要的组成部分，作为研究院的“颠覆性创新技术孵化器”，主要依托北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室的创新资源，肩负开展颠覆性和前沿引领创新研究重任，持续进行光电创新方向开拓、前沿技术预研、核心项目培育，为科技成果转移转化提供技术储备，参与研究院研发，培训研究院员工等。

前沿创新中心已组建了11个创新实验室，在高端实验装备、光学传感、量子信息、微纳光子学、新能源、强场光学、二维材料等方面取得了一系列重大研究进展和原始创新突破。发表研究院署名的高水平论文700余篇，包括Science、Nature等顶尖期刊。

北京大学组织了阵容强大的教授、研究员队伍共57人参与研究院前沿创新中心的研发工作，其中院士2人、长江学者特聘教授9人、国家杰出青年基金获得者20人、长江学者青年项目入选者、国家优秀青年基金获得者等相当人才项目入选者16人