นับแต่ก่อตั้งมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ในปี พ.ศ. 2486 คณะต่างๆจะมีแผนกวิชาทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานของตนเอง เช่น แผนกวิชาเคมี แผนกวิชาชีววิทยา แผนกวิชาคณิตศาสตร์ ยังไม่มีการสอนแผนกวิชาฟิสิกส์ จนใน พ.ศ. 2495 ได้มีโครงการให้ความช่วยเหลือจากประเทศสหรัฐอเมริกา ในรูปของสัญญาระหว่างมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์กับมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอเรกอน จึงมีผู้เชี่ยวชาญมาช่วยพัฒนาการสอนวิทยาศาสตร์พื้นฐานสาขาต่างๆ รวมทั้งสาขาฟิสิกส์ ประมาณ พ.ศ. 2500 เริ่มมีการสอนวิชาฟิสิกส์โดยอยู่ในสังกัดแผนกวิชาวิศวกรรมเกษตร คณะกสิกรรมและสัตวบาล ซึ่งต่อมาได้เปลี่ยนเป็นแผนกวิชาเกษตรกลวิธาน คณะเกษตร จนเมื่อการก่อตั้งคณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์ขึ้นใน พ.ศ. 2509 มีแผนกวิชาฟิสิกส์เป็นส่วนหนึ่งของคณะ โดยมีอาจารย์วิฑูรย์ หงษ์สุมาลย์ (ตำแหน่งในขณะนั้น) เป็นหัวหน้าแผนกวิชาคนแรก
หลักสูตรวิทยาศาสตรบัณฑิตสาขา ฟิสิกส์เริ่มร่างขึ้นในปี พ.ศ. 2505 โดยคณะกรรมการร่างหลักสูตรและกฤษฎีกาจัดตั้งคณะวิทยาศาสตร์ ที่มหาวิทยาลัยตั้งขึ้น เริ่มต้นเป็นหลักสูตร 5 ปี แต่สภาการศึกษาแห่งชาติขอให้เป็นหลักสูตร 4 ปีเช่นเดียวกับสถาบันอื่น มหาวิทยาลัยจึงได้แต่งตั้งคณะกรรมการขึ้นอีกชุดหนึ่ง เพื่อพิจารณาตรวจแก้ไขร่างหลักสูตรและกฤษฎีกา จัดตั้งคณะวิทยาศาสตร์และอักษร ศาสตร์เป็นครั้งที่ 3/2506 พ.ศ. 2509 จึงมีพระราชกฤษฎีกาจัดแบ่งคณะในมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ซึ่งให้มีคณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์เกิดขึ้น หลักสูตรวิทยาศาสตรบัณฑิต (วิทยาศาสตร์) สาขาฟิสิกส์ จึงได้ประกาศใช้ใน พ.ศ. 2510 และเริ่มรับนิสิตปริญญาตรีรุ่นแรกใน พ.ศ. 2512 อันเป็นปีเดียวกับที่แผนกวิชาฟิสิกส์ย้ายที่ทำการจากอาคารเกษตรวิศวกรรม (ปัจจุบันคือ บริเวณที่เป็นอาคารอินทรีจันทรสถิตย์) มาอยู่ที่ตึกฟิสิกส์ในปัจจุบัน พ.ศ. 2514 ได้มีการปรับปรุงหลักสูตรเป็นครั้งแรก เปลี่ยนชื่อปริญญามาเป็น วิทยาศาสตรบัณฑิต (ฟิสิกส์) ตามหลักสากลนิยม และเปลี่ยนจากแผนกวิชาฟิสิกส์เป็นภาควิชาฟิสิกส์ ในปี พ.ศ. 2515 มีผู้จบการศึกษาวิทยาศาสตรบัณฑิต (ฟิสิกส์) เป็นรุ่นแรกจำนวน 3 ท่าน
หลักสูตรวิทยาศาสตรบัณฑิต (ฟิสิกส์) มีการปรับปรุงรวมแล้ว 4 ครั้ง ครั้งแรกเมื่อ พ.ศ. 2533 มีการเปลี่ยนแปลงรายละเอียดรายวิชา และเพิ่มเติมวิชาขึ้นอีกมาก ครั้งที่สองใน พ.ศ. 2528 ในครั้งนี้ไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงในส่วนของภาควิชามากนัก ครั้งที่สามเมื่อ พ.ศ. 2543 เพื่อให้ทันสมัยและสอดคล้องกับความต้องการของสังคมยิ่งขึ้น ครั้งที่สี่เมื่อ พ.ศ. 2552 ซึ่งเป็นครั้งที่มีการทำวิจัยสถาบันประกอบการปรับปรุงหลักสูตรเป็นครั้งแรก
หลักสูตรวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาฟิสิกส์ เริ่มมีมาพร้อมกับหลักสูตรปริญญาตรีในปี พ.ศ. 2511 มีการปรับปรุงหลักสูตรเมื่อ พ.ศ. 2532 และเริ่มรับนิสิตปริญญาโทตั้งแต่ พ.ศ. 2533 ในปี พ.ศ. 2551 ได้เสนอปรับปรุงหลักสูตรและเสนอขอเปิดหลักสูตรปริญญาโท-เอก และปริญญาเอก ซึ่งได้รับอนุมัติและเปิดรับนิสิตแล้วในปีการศึกษา 2553 นอกจากนี้ภาควิชาได้รับอนุมัติให้เปิดสอนระดับปริญญาโทในสาขาวิชามาตรวิทยา อีกสาขาหนึ่ง ตั้งแต่ พ.ศ. 2544 ขณะนี้ได้ปรับปรุงหลักสูตรแล้ว และได้รับอนุมัติให้ใช้ตั้งแต่ปีการศึกษา 2553 เป็นต้นไป