光纖傳感器在航天(飛機及航天器各部位壓力測量、溫度測量、陀螺等)、航海(聲納等)、石油開采(液面高度、流量測量、二相流中空隙度的測量)、電力傳輸(高壓輸電網的電流測量、電壓測量)、核工業(放射劑量測量、原子能發電站泄露劑量監測)、醫療(血液流速測量、血壓及心音測量)、科學研究(地球自轉)等眾多領域都得到了廣泛應用。
在石油測井技術中，可以利用光纖傳感器實現井下石油流量、溫度、壓力和含水率等物理量的測量。較成熟的應用是采用非本征光纖F P腔傳感器測量井下的壓力和溫度。非本征光纖F P腔傳感器利用光的多光束干涉原理，當被測的溫度或者壓力發生變化時干涉條紋改變，光纖F P腔的腔長也隨之發生變化，通過計算腔長的變化實現溫度和壓力的測量。
光纖傳感技術是伴隨光通信的迅速發展而形成的新技術。在光通信系統中，光纖是光波信號長距離傳輸的媒質。當光波在光纖中傳輸時，表征光波的相位、頻率、振幅、偏振態等特征參量，會因溫度、壓力、磁場、電場等外界因素的作用而發生變化，故可以將光纖用作傳感器元件，探測導致光波信號變化的各種物理量的大小，這就是光纖傳感器。
利用外界因素引起光纖相位變化來探測物理量的裝置，稱為相位調制傳感型光纖傳感器，其他還有振幅調制傳感型、偏振態調制型、傳光型等各種光纖傳感器。采用傳感器測量儀代替光杠桿鏡尺組組成新的楊氏模量測量系統，不僅操作簡短，而且提高了測量結果的度和準確度。金屬絲傳統的拉伸法的基本原理是將金屬絲受到砍碼的作用力后的微小伸長形變量通過鏡尺組的光路轉換而將之放大若干倍數，從而得到微小伸長，再通過計算得到楊氏模量值。
城市建設中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應用。光纖傳感器可預埋在混凝土、碳纖維增強塑料及各種復合材料中，用于測試應力松弛、施工應力和動荷載應力，從而評估橋梁短期施工階段和長期營運狀態的結構性能。在電力系統，需要測定溫度、電流等參數，如對高壓變壓器和大型電機的定子、轉子內的溫度檢測等，由于電類傳感器易受電磁場的干擾，無法在這類場合中使用，只能用光纖傳感器。
分布式光纖溫度傳感器是近幾年發展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高新技術，分布式光纖溫度傳感系統不僅具有普遍光纖傳感器的優點，還具有對光纖沿線各點的溫度的分布傳感能力，利用這種特點我們可以連續實時測量光纖沿線幾公里內各點溫度，定位精度可達米的量級，測量精度可達1度的水平，非常適用大范圍交點測溫的應用場合。
光纖傳感器還可以應用于鐵路監控、火箭推進系統以及油井檢測等方面。光纖同時具備寬帶、大容量、遠距離傳輸和可實現多參數、分布式、低能耗傳感的顯著優點。光纖傳感可以不斷汲取光纖通信的新技術、新器件，各種光纖傳感器有望在物聯網中得到廣泛應用。隨著光纖傳感器技術的發展。在土木工程領域光纖傳感器得到了廣泛的應用，用來測量混凝土結構變形及內部應力，檢測大型結構、橋梁健康狀況等，其中主要的都是將光纖傳感器作為一種新型的應變傳感器使用。
光纖傳感器可以黏貼在結構物表面用于測量，同時也可以通過預埋實現結構物內部物理量的測量。利用預先埋入的光纖傳感器，可以對混凝土結構內部損傷過程中內部應變的測量，再根據荷載 應變關系曲線斜率，可確定結構內部損傷的形成和擴展方式。通過混凝土實驗表明，光纖測試的載荷 應變曲線比應變片測試的線性度高。
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