西北大学物理学系肇始于1937年，由当时因抗战迁陕的国立北平大学、国立北平师范大学和北洋工学院三校的物理学科合并构成，著名物理学家张贻惠教授为首任系主任，张贻惠、岳劼恒、吴锐、龙际云、张佩瑚等一大批知名学者执教于此。70多年来，物理学科为国家培养了8000余名高级专业人才，毕业生中涌现出一大批知名专家学者而与学术楷模，如中国科学院院士侯洵、张殿琳，中国工程院院士张彦仲、刘加平，俄罗斯自然科学院外籍院士任益民，欧洲科学院通讯院士吴如山，“知识分子楷模”罗健夫，党中央树立的“全国重大典型”、被誉为“中国的骄傲”的“侯氏变换”理论创立者侯伯宇等。
物理学科是国家“211工程”重点建设学科，拥有“国家理科基础科学研究与教学人才培养基地”，“国家级物理实验教学示范中心”，物理学博士后科研流动站，物理学一级学科博士、硕士授权点，光学工程一级硕士学位授权点，“陕西省物理学研究型创新人才培养模式创新实验区”等学科平台。现设物理学、光电信息科学与工程、应用物理和材料物理四个本科专业，其中物理学和光电信息科学与工程两个专业为国家级特色专业和陕西省名牌专业。2013年，物理学、应用物理、材料物理专业按照物理学类，实行大类招生。