Osten erhielt die Auszeichnung für die Erweiterung der Grenzen der optischen Messtechnik durch die Integration der digitalen Bildverarbeitung mit modernen optischen Messtechniken. Seine Forschungsarbeit konzentriert sich auf neue Konzepte für die industrielle Überwachung und Messtechnik, indem sie moderne Prinzipien der optischen Messtechnik, Sensorik und der digitalen Bildverarbeitung kombiniert. Besonderes Augenmerk wird auf die Entwicklung digitaler optischer Technologien wie der digitalen Holographie und auflösungsgesteigerte Technologien zur Untersuchung von Mikro- und Nanostrukturen gelegt.
Wolfgang Osten leitete das ITO von September 2002 bis Oktober 2018. Von 2006 bis 2010 war er Prorektor Forschung und Technologietransfer der Universität Stuttgart. Von 2012 bis September 2018 gehörte er dem Universitätsrat an, seit 2016 als stellvertretender Vorsitzender.
Osten ist Fellow der OSA, der International Society for Optics and Photonics SPIE sowie weiterer renommierter Fachverbände. Er ist Honorarprofessor an der Shenzhen University, China, Ehrendoktor der Technischen Universität Ilmenau, Empfänger des Dennis Gabor Award der SPIE 2011, Empfänger der Rudolf Kingslake Medaille der SPIE 2018 und Empfänger des Chandra Vikram Award der SPIE 2019.
Die seit 2006 verliehene Emmett N. Leith Medaille würdigt zukunftsträchtige Beiträge auf dem Gebiet der optischen Informationsverarbeitung. Sie erinnert an Emmett N. Leith, einen weltweit anerkannten Wissenschaftler auf dem Gebiet der Holographie und der optischen Informationsverarbeitung.