1922年学校正式成立物理系，第一任系主任为饶毓泰先生(任职年限：1922－1930)。1930年至1937年由顾静徽教授任系主任(任职年限：1930－1937)。抗战爆发后学校南迁到昆明，南开大学与北京大学、清华大学组成西南联合大学。1945年返津复校后，由潘孝硕教授任系主任(任职年限：1945－1949)。解放初期，1949年至1952年由刘晋年教授兼任物理系主任(任职年限：1949－1952)。1952年院系调整，原北洋大学物理系与我系合并由江安才教授任系主任(任职年限：1952－1966)。何国柱教授(任职年限：1978－1984)、母国光教授(任职年限：1984)、张光寅教授(任职年限：1987－1991)、潘士宏教授(任职年限：1984－1987、1991－1997)都曾先后担任过物理系系主任。

一九八四年根据学科建设和发展的需要，经校行政会议研究决定由原我系半导体物理、无线电物理和电真空物理三个教研室组建成电子科学系及由原我系光学物理教研室的一部分组建成现代光学研究室。现为现代光学研究所。

一九九八年物理系改建成物理科学学院，由理论物理教授、博士生导师胡北来先生任第一任院长（任职年限：1998-2001）。现任院长为刘玉斌教授。