中国科学技术大学物理学院由物理系、近代物理系、光学与光学工程系、天文学系、工程与应用物理系和物理实验教学中心等单位组成。著名物理学家严济慈、赵忠尧、施汝为、吴有训、钱三强、钱临照、彭桓武、马大猷、朱洪元等人曾在各系担任重要职务并执教多年。现任执行院长陈宇翱教授。
　　1958年，中国科学技术大学在北京成立之时，所建立的13个系中与物理直接相关的有7个系，其中原子核物理和原子核工程系、技术物理系及物理教研室是现在物理学院的主体源头。1964年，学校以学科为基础将全校合并成6个系，原子核物理和原子核工程系更名为近代物理系，技术物理系吸纳了生物物理系、地球物理系而更名为物理系。1994年，学校成立了以加强学术交流为目标的理学院，涵盖数学、物理、化学、天文、地学、生物众多学科。 2000年，在化学与材料科学、生命科学、地球与空间科学等系先后建成实体学院后，理学院成为实体学院，包括数学、物理、近代物理、天文与应用物理等4个系。2009年，数学系析出，理学院更名为物理学院。同年，以光学学科及中国科学院量子信息重点实验室等为基础成立光学与光学工程系；在物理实验教学中心建制独立后，天文与应用物理系更名为天文学系。2017年，核科学技术学院教职工、学生纳入物理学院，在此基础上成立工程与应用物理系。
中国科学技术大学物理学院现有科研教学岗位人员298人，其中教授121人，副教授118人。教授中有中国科学院与中国工程院院士15人，国家级教学名师3人，万人计划15人，教育部“长江计划特聘教授”6人，国家杰出青年基金获得者34人。物理学院设有“严济慈大师讲席”和“赵忠尧大师讲席”，并聘请国内外近百名学者为兼职和客座教授。