Poveljom kralja Leopolda I. od 23. rujna 1669. godine uveden je u Zagreb, na isusovačkoj "Neoacademia Zagrebiensis" trogodišnji visokoškolski studij na kojem su se postupno razvijali filozofija, pravo i teologija.

Na isusovačkoj se školi već i ranije predavala filozofija, u okviru koje se na prvoj godini slušala logika, na drugoj fizika i trećoj metafizika. Na kraju su studenti javno branili svoju tezu na latinskom jeziku.

U skladu s običajima tog doba ni isusovačka škola (do 1773.) ni kraljevska "Regia Scientiarum Academia" (do 1850.) nisu uz nastavu razvijali i znanost.

Odlukom Hrvatskog sabora 5. siječnja 1874. godine, te odobrenjem cara i kralja Franje Josipa I., stupio je na snagu Zakon o osnivanju Sveučilišta u Zagrebu.

Svečano otvaranje bilo je 19. listopada 1874., kad je ban Ivan Mažuranić uveo u rektorsku dužnost i čast dr. Matiju Mesića. Taj se datum smatra početkom organiziranog znanstvenog i nastavnog rada na modernom Sveučilištu u Zagrebu.

Uskoro nakon osnutka Sveučilišta, počeli su djelovati Pravni, Bogoslovni i Mudroslovni fakultet koji kasnije mijenja ime u Filozofski fakultet. Katedre Mudroslovnog fakulteta osnivane su postupno, nakon imenovanja pojedinih profesora. U području prirodoslovlja, nastava je započela 21. travnja 1876. godine predavanjima iz mineralogije i geologije, a zatim iz botanike i fizike. Iste godine počela se odvijati i nastava matematike i lučbe (kemije), a 1877. zoologije, te 1883. iz geografije. Trogodišnja nastava produžuje se 1885. godine i na četriri godine. Godine 1928. na Matematičko-prirodoslovnom odjelu Filozofskog fakulteta uvodi se četrnaest studijskih grupa.

Dugogodišnje nastojanje da se Matematičko-prirodoslovni odjel Filozofskog fakulteta osamostali ostvareno je 08. lipnja 1946 godine, kad je osnovan Prirodoslovno-matematički fakultet.

Danas fakultet ima 7 odsjeka s 25 zavoda, pripadne knjižnice, pet računalnih sustava (u okviru Matematičkog, Fizičkog, Kemijskog, Biološkog i Geografskog odsjeka) s računalnim učionicama za studente. Isto tako, Sveučilišni centar za napredno računarstvo s najmodernijim računalom nalazi se na Fizičkom i Matematičkom odsjeku.

U okviru Fakulteta djeluju i uredništva domaćih i međunarodnih znanstvenih časopisa.

U školskoj godini 2005./2006. na Fakultetu studira 4512 studenata, a nastavnim i znastvenim radom bavi se 189 redovnih i izvanrednih profesora te docenata, te 244 asistenata, stručnih suradnika i znanstvenih novaka uz pomoć 48 tehničara.

Oko 20 profesora PMF-a članovi su Hrvatske akademije znanosti i umjetnosti.

Djelatnici Fakulteta su do sada za svoja znanstvena i nastavna dostignuća nagrađeni s preko 110 državnih i međunarodnih nagrada i priznanja.

Prirodoslovno-matematički fakultet je također svakodnevno nazočan u životu Zagreba i Hrvatske, svojim Geofizičkim zavodom koji označava točno vrijeme svaki puni sat, svojom Seizmološkom službom koja prati seizmičku aktivnost, svojom mareografskom postajom u Bakru koja mjeri vodostaj mora, sa svoje dvije meteorološke postaje te svojim Botaničkim vrtom u Zagrebu koji nije samo nastavna lokacija, već i atraktivno i ugodno mjesto za šetnje i provod u srcu Zagreba.

Tijekom vremena, Fakultetski odsjeci nalaze se na sedam različitih lokacija u Zagrebu. Na Horvatovcu se formira kampus prirodoslovlja gdje je već koncetrirano oko 3000 studenata i apsolvenata.. Izgrađeni su odsjeci Matematike i Fizike (1988.), Geofizike (1989.) te Kemije (2005.), predstoji izgradnja Biologije, Geografije i Geologije, a u planu je i izgradnja drugih objekata. Cilj je objediniti na istoj lokaciji nastavni i znanstveni rad iz svih grana prirodoslovlja i matematike.

Dan 21. travnja proglašen je Danom Fakulteta, s obzirom da je toga dana 1876. godine započela nastava na Prirodoslovno-matematičkom odjelu Mudroslovnog fakulteta. Dana 21. travnja 2006. godine Prirodoslovno-matematički fakultet slavi 60. obljetnicu osnivanja Fakulteta (1946. - 2006.), te 130. obljetnicu visokoškolske nastave prirodoslovnlja i matemtaike (1876. - 2006.)