1913年夏天，理論物理(不久改為物理學)這門課程開始招收本科生，這是中國最早的物理學本科，也就是北京大學物理系的開端。首批學生丁和馮於1916畢業，成為我國最早的物理學本科畢業生。
1917在當時曾就讀於耶魯大學和柏林大學的高年級理科生夏元利教授的主持下，經過幾年的努力，建立了壹套較為完整的課程體系，包括兩年預科和四年本科。
1917蔡元培校長到校後組織各科教授開會。物理教授會議成立於1918 1，何玉潔當選為主任，相當於後來的系主任。1919，北大進壹步取消了文、理、法的名稱，開始設立科級行政單位，物理系改為物理系，這樣北大物理系的名稱就應運而生了。
1918 10 10月，北大物理系和數學系的學生聯合成立了北大數學學會。蔡元培在演講中說:數理科學發展最早，應用最廣。有人用數學談音樂，有人用物理談社會學家，所以被稱為數學物理是壹切科學的基礎。學會首批成員達40余人，經常邀請國內外學者進行學術講座，並與國內外高校的數學物理學會進行學術交流。
1919 1，北京大學數學與物理學報由數學學會出版。這是國內較早的大學自然科學期刊，在傳播新知識方面頗具特色。愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論分別發表在1905，1915，雜誌介紹不久。當時軍閥混戰，學生在生活非常貧困的情況下堅持辦了兩年雜誌，確實難能可貴。
從65438年到0925年，在丁西林、李書華等人的努力下，進行了62個預備實驗、69個本科實驗和兩年制專業物理實驗，教學實驗室初具規模。
1930北大決定組建研究部。北京大學物理系第壹批研究生是馬世軍、郭永懷、李卓、趙松河，1935錄取。到1937，研究生課程已經系統化開設。1937年，侵華日軍入侵，華北淪陷，北大、清華、南開三校遷至長沙，共同組建長沙臨時大學，1938年遷至昆明，更名為國立西南聯合大學。
國立西南聯合大學合並後，師資力量更加強大。有為我國物理事業做出突出貢獻的老前輩饒裕泰、葉、吳等。學術造詣很深的教授:周培源、吳大猷、趙忠堯、朱武華；還有抗戰前後回國的青年教授孟、於、範旭雲、王竹溪、等。其中，饒裕泰、葉、吳、、於1948當選為中國科學院院士，11先後當選為中國科學院院士。真的是群星薈萃。
由於倉促向內遷移，所有的儀器設備都丟失了。國立西南聯合大學物理系教授多方籌措資金，從國內外購買必要的儀器，經越南海防和滇越鐵路運到昆明，保證了實驗課程的開設。因為國立西南聯大物理系幾乎集中了當時中國物理學界的精英，其課程設置和教學達到了前所未有的高度。前三所學校物理系教授相互促進，取得積極進展，引領青年師生進入學術研究前沿領域，為進壹步研究打下堅實基礎。抗戰勝利後，國立西南聯合大學於1946宣告結束，北京大學遷回北平，物理系恢復，進入恢復期。
老師收樂器，編講義，印講義，課程基本都是國立西南聯大的。當時大部分知名學者都在國外，1946的教授只有饒裕泰(兼任北京大學理學院院長)、鄭華池(兼任北京大學院長)、趙廣增、馬(兼任北京大學工學院院長)。到1951，隨著蔣、張宗穗、胡寧、朱光亞、俞富春等壹批知名學者回國任教，北大物理系的師資力量逐漸恢復和壯大。
1949建國之初就強調為國家建設服務。趙廣增教授帶頭做光譜分析，翁文博教授為畢業班開地球物理勘探課。65438-0952北京大學物理系為我國地球物理勘探專業培養了第壹批骨幹。這些畢業生中，於敏、劉光鼎和鄧後來成為中國科學院院士。1952年秋，為適應國家大規模經濟建設的需要，全國範圍內調整了高校院系。北大、清華、燕京大學的大部分物理系和清華大學地質、地理、氣象系合並為北大物理系，設置物理、氣象專業。這是繼西南聯大之後的又壹次教師大聯合。有原北京大學物理系的饒裕泰、趙廣增、胡寧、黃昆、於福春，原清華物理系的周培源、葉、王竹溪、、洪，原大學物理系的楚。
院系調整後，物理系學生數量大增，從培養少數學生到批量培養物理人才。每年學生人數從原來最多的20到30人增加到近200人，在1957和58保持在300到400人。1959年初，物理系將地球物理與無線電電子學專業從物理系中分離出來，成立了地球物理與無線電系。分成三個系後，物理系每年還是招生150、60人。
學習蘇聯的教學制度是這壹時期北大物理系的特色之壹。物理系的教學體制從美國的四年制變成了蘇聯-歐洲的五年制或五年半制。前四年是基礎課，後面1或1半年是專業訓練或畢業論文。52年全面學習蘇聯後，53、54、55級改為五年制，56級後改為六年制。
從65438年到0956年，根據我國國家科學發展規劃的需要，北京大學、復旦大學、南京大學、廈門大學、吉林大學的師生集中在北京大學物理系，在黃昆、謝希德教授的主持下建立了我國第壹個半導體專業。
1955年，為了盡快建立中國的核工業體系，中國在北京大學建立了中國第壹個原子能人才培養基地——物理實驗室(技術物理系前身)。從全國各地抽調了胡、俞富春、朱光亞、、徐光憲等著名科學家和孫娃、、、孫宜良、吳季蘭、劉等壹批中青年骨幹教師，開展籌備工作，並從各高校抽調了學生。1956中國第壹核物理專業畢業。1959年初物理實驗室改為原子能系，1960年改為技術物理系。文革後，物理學各方面都急需發展。1977恢復高考制度，學校秩序開始步入正軌。
教學方面，1977恢復高考招生後，本科學制改為四年，研究生和博士生由1978和1982恢復。北京大學的物理教學及其系列教材享譽國內外。王竹溪、黃昆、於福春、、郭敦仁、曾等名師在國內外影響深遠。他們的工作奠定了北大乃至全國物理教學的傳統。到1985，北大大部分物理課程都有自己老師編寫出版的教材，被國內很多高校采用。
1989普通物理實驗獲國家優秀教學成果特等獎。
1991年，物理系物理專業被確立為國家理科基礎研究和教學人才培養基地。
1992，地球物理系大氣科學專業還被批準為國家基礎人才培養基地，得到了專項支持。
1993近代物理實驗獲全國優秀教學成果壹等獎。
1994年，技術物理系的核物理專業加入物理科學基地，使基地規模加強到壹個半。
2000年，物理基地正式通過國家驗收。
2001 5月18日，北京大學物理研究所正式成立。這是繼上世紀50年代院系調整後，北京大學物理學科管理體制的又壹次重大改革。