Fysikprofessorn Gustaf Hällström (1775 – 1844) började sin långa karriär (1801 – 1844) redan under den svenska tiden. Han var med om de sista åren av universitetets tid i Åbo och de första åren av Alexander-universitetets tid i Helsingfors. Han var en synlig och uppskattad påverkare såväl i fysik som i universitetets administration. Hällström var den sista fysikprofessorn som fick sin lön från en viss socken och som var medlem i domkapitlet. Hällström är känd för sina undersökningar om ämnenas, i synnerhet vattnets, värmeutvidgning. Därutöver forskade han i akustik, meteorologi och astronomi. Gustav Hällström etablerade astronomins ställning som ett självständigt läroämne. År 1817 började byggnadsarbeten för ett observatorium i Åbo, och samma år grundades tjänsten av astronomisk observatör, som senare utvecklades till den första professorstjänsten i astronomi.
Hällström förberedde den förnyelse av universitetets statuter som förverkligades år 1828, när universitetet flyttade till Helsingfors. Han tog del också i planeringen av flyttningen. Under de första åren i Helsingfors, 1829 – 1832, verkade Hällström som universitetets rektor. Läroämnet fysik befann sig i den nya huvudbyggnaden, där Hällström grundade ett fysiklaboratorium.
Institutionen för fysik grundades år 1832 efter det att universitetets huvudbyggnad blev färdig. I början av 1840-talet flyttade institutionen till större lokaler i nybygget av universitetets bibliotekskvarter. Efter att universitetet flyttade till Helsingfors byggdes ett nytt observatorium på den nuvarande Observatoriebacken. Universitetet tog emot byggnaden år 1834.
En byggnad som var särskilt planerad för institutionen för fysik uppfördes på Brobergsterrassen i Helsingfors centrum, där den invigdes år 1911. Härutöver hade läroämnet fysik förstärkts med en annan lärostol, nämligen med en lärostol av tillämpad fysik i 1895. År 1937 gavs den nya språklagen och förordningen, enligt vilka universitetets kanslispråk och undervisningsspråk blev finska. I detta sammanhang fick fysik en svenskspråkig lärostol.
Den stora ökningen av antalet studerande sedan slutet av 1940-talet ledde till grundande av nya professurer. Under åren 1958 – 1977 fick fysik fyra nya professurer i tillägg till de existerande tre. En personlig extraordinarie professur i meteorologi grundades år 1921 i samband med läroämnet fysik. Den första ordinarie professuren i meteorologi grundades år 1957. Under åren 1957 - 2001 var institutionen för meteorologi belägen i stadens centrum i byggnaden Porthania. Professuren i geofysik grundades år 1966, och institutionen för geofysik existerade åren 1967 - 2001. En radioastronomisk station grundades år 1952. Den fanns i fysikens utrymmen. Senare kallades radioastronomiska stationen laboratoriet för astrofysik, och i början av 1970-talet grundades institutionen för astronomi genom att förena astronomiska observatoriet med laboratoriet för astrofysik. Professuren i kärnfysik, som grundades år 1958, förvandlades till en professur i elementärpartikelfysik år 1978. Professuren i teoretisk fysik grundades år 1964. Institutionen för kärnfysik, som år 1978 fick namnet högenergifysik, fanns i fysikbyggnaden på Brobergsterrassen under åren 1960-1995, och i dess annexbyggnad som blev färdig år 1969. Annexet hade utrymmen både för teoretisk fysik och för högenergifysik. Teoretisk fysik fungerade som en separat institution under åren 1969 – 1995.
En partikelaccelerator fungerade i utrymmena för fysik sedan 1956, och fick nya separata utrymmen på Brobergsterrassen år 1959. Byggnaden för en ny accelerator blev färdig i Gumtäkt år 1982. Då invigdes acceleratorlaboratoriet av institutionen för fysik. Detta var den första universitetsbyggnaden i Gumtäkt, där man började bygga ett nytt universitetscampus.
Efter att ha haft sitt säte i utrymmena på Brobergsterrassen i 90 år flyttade institutionen för fysik år 2001 till Gumtäkt campus till sin nya byggnad, Physicum. I samband med detta flyttade också institutionerna för meteorologi och geofysik till Physicum och anslöt sig till institutionen för fysik. Institutionen för de fysikaliska vetenskaperna skapades. I början av året 2008 blev institutionens namn institutionen för fysik. Sedan året 1998 har forskningsområdena av den nuvarande institutionen för fysik vidgats kraftigt, vilket kommer fram i att antalet professorer och deras gebit nästan fördubblats. Institutionen för astronomi anslöts till institutionen för fysik i början av året 2010, då undervisningen och forskningen inom astronomi flyttade till Gumtäkt campus i sin helhet.