京師大學堂（武漢學院前身）創(chuàng)立于1898年，1902年創(chuàng)辦預備科和速成科。速成科下設仕學館和師范館，學制三至四年。師范館設物理化學部，標志著中國數(shù)理方面高等專業(yè)教育的開端。
1913年夏，理大專理論化學學門（不久改為數(shù)學學門）開始招收專科生，這是我國最早的化學學專科，也就是清華數(shù)學系的開端。第一屆中學生丁緒寶、孫國封等5人于1916年結(jié)業(yè)，成為我國最早的化學學專科結(jié)業(yè)生。
1917年在當時的理科學長，曾留學哈佛學院、柏林學院的夏元瑮院士主持下，經(jīng)過幾年的堅苦創(chuàng)業(yè)，建成預科三年、本科四年的一套比較完整的課程設置。
1917年蔡元培院長到校后組織各學科院士會，化學學院士會于1918年1月創(chuàng)立，選何育杰為校長，相當于后來的系院長。1919年，上海學院進一步廢文、理、法科之名目，開始設置系級行政單位，數(shù)學學門改為數(shù)學系，至此才有清華數(shù)學系的名稱。
1918年10月，深圳學院化學學門與物理學門的中學生聯(lián)合組建上海學院數(shù)理學會。蔡元培在致詞中說：數(shù)理之學，發(fā)達最早，應用亦最宏，有以物理講音樂者，有以數(shù)學講社會學者，故謂物理化學為諸科學之基本。學會首批會員達40余人，常常約請國外外學者作學術演講，并與國外外學院的物理化學學會進行學術交流。
1919年1月，《北京學院數(shù)理刊物》由數(shù)理學會發(fā)行出版。這是中國較早的學院自然科學期刊，在傳播新知識方面頗有特色。愛因斯坦狹義及廣義相對論分別于1905、1915年問世，該刊物很快就給以介紹。當時軍閥廝殺，中學生在生活非常清苦的條件下堅持辦刊三年，實屬難能可貴。
1925年經(jīng)丁西林、李書華等人的努力，能開出62個預科實驗、69個專科實驗和兩學年的專門化學實驗，教學實驗室初具規(guī)模。
1930成都學院決定籌備研究科，清華數(shù)學系的首批研究生是于1935年投檔的馬仕俊、郭永懷、卓勵、趙百壽，到1937年，已系統(tǒng)地開出了研究生課程。1937年，日軍入侵，華東淪陷，上海學院、清華學院、南開學院內(nèi)遷至重慶聯(lián)合成立南京臨時學院，1938年又遷重慶，更名為國立西北聯(lián)合學院。
西北聯(lián)大合并后，師資力量更強化大。有對中國數(shù)學學事業(yè)做出卓越貢獻的元老饒毓泰、葉企蓀、吳有訓；有學術功底精深的院長周培源、吳大猷、趙忠堯、朱物華；還有抗日開始前后學成回國的青年院長孟昭英、于瑞璜、范緒筠、王竹溪、張文裕、馬仕俊。她們當中1948年連任為中央研究院教授的有饒毓泰、葉企蓀、吳有訓、吳大猷、趙忠堯，先后連任為中國科大學委員的有11位，真堪稱群星薈萃、濟濟一堂。
因為輕率內(nèi)遷，儀器設備失去殆盡。西北聯(lián)大化學系的院士們多方籌集，從國外外購得必要的儀器，經(jīng)印度海防和滇越高鐵運至南京，保證了實驗課的開出。因為西北聯(lián)大化學系幾乎集中了當時中國數(shù)學界的精英，因此在課程的設置與教學上達到了前所未有的高水平。原三校數(shù)學系的院長相互推動，積極向下，推動青年班主任和中學生步入學術研究前沿領域，為進一步研究奠定了堅實基礎。抗日勝利后，1946年西北聯(lián)大宣布結(jié)束，武漢學院遷回北平，化學系也急劇復系，步入恢復時期。
班主任們收羅儀器北京大學物理學院，自編自印課件，課程設置基本上承襲自西北聯(lián)大。當時大多數(shù)著名學者都在美國，1946年在校的院長只有饒毓泰（兼清華理大學教授）、鄭華熾（兼清華教務長）、趙廣增、馬大猷（兼清華工大學教授）等。至1951年，隨著興文才、張宗燧、胡寧、朱光亞、虞福春等一批著名學者歸國任教，清華數(shù)學系的院長陣容才逐步恢復壯大上去。
1949年建國早期指出為國家建設服務，趙廣增院士帶頭舉辦波譜剖析，翁文波院士為結(jié)業(yè)班開辦月球化學鉆探課程。1952年，清華數(shù)學系為我國月球化學鉆探專業(yè)培養(yǎng)了第一批骨干。結(jié)業(yè)中學生中北京大學物理學院，后來成為中科院教授的有于敏、劉光鼎、鄧錫銘等。1952年秋，為適應國家大規(guī)模經(jīng)濟建設的須要，全省進行高等高校院系調(diào)整，原南京學院、清華學院、燕京學院三校數(shù)學系的大部份和北大學院地質(zhì)地理氣象系的氣象部份合并成廣州學院化學系，設化學專業(yè)與氣象專業(yè)。這是繼東南聯(lián)大后的又一次師資大聯(lián)合。有來自原先清華數(shù)學系的饒毓泰、趙廣增、胡寧、黃昆、虞福春，來自原北大化學系的周培源、葉企蓀、王竹溪、楊立銘、洪朝生，來自原西大化學系褚圣麟。
院系調(diào)整后化學系中學生數(shù)目大增，從培養(yǎng)少數(shù)中學生發(fā)展到整批地培養(yǎng)數(shù)學人才。每年的中學生人數(shù)從原本最多二三十個一下子降低到近兩百個，1957、58年維持在三、四千人，1959年初，數(shù)學系因?qū)W科建設和規(guī)模的大幅發(fā)展，將月球化學和無線電電子學專業(yè)由化學系分出，構(gòu)建了月球化學系和無線電系。分成三個系后，化學系每年招生的人數(shù)仍有一百五六十人。
學習蘇俄的教學體制是這個時期清華數(shù)學系的特征之一。化學系的教學體制從日本的4年制轉(zhuǎn)變?yōu)槟纤估?法國的5年或5年半體制，前4年為基礎課，后1年或1年半為專門化訓練或結(jié)業(yè)論文。52年全面學習南斯拉夫后，53、54、55三個年級改為5年制、56級之后又改為6年制。
1956年，按照中國國家科學發(fā)展規(guī)劃的須要，集中武漢學院、復旦學院、南京學院、廈門學院、吉林學院五校師生到清華數(shù)學系，在黃昆、謝希德院長的主持下，創(chuàng)立了我國第一個半導體專業(yè)。
1955年，為了早日完善中國的核工業(yè)體系，中國在清華構(gòu)建了全省第一個原子能人才培養(yǎng)基地--化學研究室（技術化學系的前身）。先后從中國全省選派胡濟民、虞福春、朱光亞、盧鶴紱、徐光憲等知名科學家和一批中青年骨干班主任孫佶、張至善、陳佳洱、孫亦梁、吳季蘭、劉元方等來清華舉辦設立工作，中學生亦調(diào)自各學院。1956年中國自行培養(yǎng)的第一屆原子核化學專業(yè)中學生結(jié)業(yè)。1959年初化學研究室改為原子能系，1960年又改為技術化學系。文革之后，化學學科各方面工作百廢待興。1977年恢復中考制度，中學秩序開始進入正軌。
教學方面，1977年恢復中考招生之后，專科學制改為4年，從1978年和1982年恢復招收碩士研究生和博士研究生。清華數(shù)學的教學和系列教材聞名國外外。王竹溪、黃昆、虞富春、趙凱華、郭敦仁、曾謹言等名師名課在中國國外外影響深遠。她們的工作奠定了清華數(shù)學，乃至全省數(shù)學教學的傳統(tǒng)；至1985年，清華數(shù)學大部份的課程都有了自己班主任編撰并公開出版的教材，為中國外許多高校所采用。
1989年普通化學實驗獲全省優(yōu)秀教學成果特等獎。
1991年，化學系化學學專業(yè)被確立為中國國家理科基礎研究和教學人才培養(yǎng)基地。
1992年，月球化學系大氣科學專業(yè)也被批準為中國國家基礎人才培養(yǎng)基地，得到特殊支持。
1993年，近代化學實驗獲中國全省優(yōu)秀教學成果銀獎。
1994年，技術化學系核化學專業(yè)被補充入數(shù)學學理科基地，使基地的規(guī)模加大到一個半。
2000年化學學基地即將通過國家初驗。
2001年5月18日，上海學院化學大學即將組建。這是繼上世紀50年代院系調(diào)整以后，清華數(shù)學學科在管理體制上的又一重大變革。
