國立臺灣大學之前身為日治時期之「臺北帝國大學」,創立於西元1928年(日本昭和三年、民國十七年)。初創時期理農學部的十個講座中,理論及無機化學、有機化學及物理學三個講座隸屬於化學科,1937年增設無機及分析化學講座。理農學部於1943年劃分為理學部及農學部,而化學科隸屬理學部之下。1945年再增設第二有機化學講座;同年(民國三十四年)台灣光復,臺北帝國大學更名為「國立臺灣大學」,理學部化學科也改制成為理學院化學系。自創立後十七年間,化學科每年招收學生五名;共計畢業學士七十二名,及理學博士三名。
民國四十五年,成立化學研究所,並開始招收碩士班研究生;民國五十五年再增設博士班。民國五十四年,在國家長期發展科學委員會(後改制為國科會、科技部)推動下,本系與清華大學化學系以及中央研究院化學所共同成立化學研究推動中心,設置於本系。民國六十一年,部分師資隨著臺灣大學生化科學研究所的設立而轉移,但兩單位持續在學研上的密切合作。民國七十年,國家科學委員會成立北部地區貴重儀器使用中心,在本系購置主要大型儀器,大幅度的加強研究硬體設備。化學研究所於民國九十六年分設化學組、化學生物學組。
創系初期化學科(系)位於校總區椰林大道上的二號館,於民國四十八年化學系遷入新落成於醉月湖畔的化學新館。民國七十三年,普通化學、分析化學、有機化學及物理化學等共同科目實驗室遷入理學院實驗大樓思亮館;適時教育部提供專案補助更新實驗室基本教學儀器設備。現有的化學系新研究大樓在民國九十二年八月動工,A棟於九十四年夏天完成啟用,而B棟(積學館)於九十八年遷入使用。化學系現有專任教師33位、合聘教師5位、特聘講座教授8位,在分析、有機、無機、物理化學、化學生物學五個次學門的基礎上發展跨領域之教學研究合作計畫。另有24位職技員工與14位助教及教學約用幹事,協助處理行政事務及一般學生實驗。目前研究生博士班約122名,碩士班約218名,大學部學生約267名(民國110年11月初統計)。