● 1923年4月東北大學建立，設有理科。1929年1月，東北大學實行學院制，改理科爲理學院。理學院院長爲留美物理學博士孫國封。1931年，“九·一八”事變後，東北大學被迫開始流亡。
● 1949年建國初，由原東北大學的工學院和理學院（部分）新辦瀋陽工學院。1950年8月瀋陽工學院、撫順礦專、鞍山工專三校合組爲東北工學院。其中設有數學系、物理系、化工系等。1952年8月，根據中央教育部及東北人民政府關於東北地區高等學校進行院系調整的方案，數學系、物理系、化工系分別被調整到東北人民大學（現吉林大學）、東北師範大學、大連工學院等，部分留下教師組成數學、物理、化學等教研組（室）。
● 1958年6月在數學、物理教研室的基礎上成立了數理系，沈洪濤教授任數理系主任。同年8月數理系撤銷，組建理學系，趙慶方教授任理學系主任。理學系設有數學、物理、普通化學、物理化學、分析化學、材料力學、理論力學7個教研室。
● 1962年1月，爲加強基礎課教學成立基礎部。理學系所屬的普通化學、物理化學、分析化學、材料力學、理論力學教研室及新組建的基礎數學和普通物理教研室劃歸基礎部，趙慶方教授任基礎部主任。理學系保留了專業數學、金屬物理、冶金物理化學、力學4個教研室，賴祖涵教授任理學系主任。1970年理學系撤銷。
● 1980年6月到1984年8月間，數學系、物理系、化學系、力學部相繼組建。
● 1993年東北大學複名。理學院於1994年9月26日在數學系、物理系、化學系、力學部基礎上成立，設有數學系、物理系、化學系、材料物理系、力學部，謝緒愷教授任理學院院長。1997年10月張慶靈教授任理學院院長。2006年11月王建華教授任理學院院長。
