คณะวิทยาศาสตร์ เป็นหนึ่งในสี่คณะแรกเริ่มที่ก่อตั้งขึ้นพร้อมกับการสถาปนาจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ในชื่อ"คณะอักษรศาสตร์และวิทยาศาสตร์" มีวัตถุประสงค์ในการก่อตั้งเพื่อสอนวิชาพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ เพื่อนำไปประยุกต์ในการศึกษาขั้นสูงต่อไป ให้กับนิสิตคณะแพทยศาสตร์ ซึ่งในขณะนั้นคือคณะแพทยศาสตร์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ต่อมามีการเปลี่ยนชื่อเป็น คณะแพทยศาสตร์และศิริราชพยาบาล

วันที่ 7 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2486 คณะแพทยศาสตร์และศิริราชพยาบาลย้ายไปสังกัดมหาวิทยาลัยแพทยศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยก็ยังคงทำหน้าที่สอนวิชาพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์เช่นเดิม วันที่ 21 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2512 พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดช ได้พระราชทานนามใหม่แก่มหาวิทยาลัยแพทยศาสตร์ว่า “ มหาวิทยาลัยมหิดล ” และพระราชทานนามใหม่ให้กับคณะแพทยศาสตร์และศิริราชพยาบาลว่า "คณะแพทยศาสตร์ศิริราชพยาบาล มหาวิทยาลัยมหิดล" หน้าที่การสอนวิชาพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ให้กับคณะแพทยศาสตร์ศิริราชพยาบาลจึงยุติลง แต่ในเวลานั้นคณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยได้ถือกำเนิดขึ้นแล้ว หน้าที่สอนวิชาพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ให้กับคณะแพทยศาสตร์จึงดำเนินต่อไปจนมีการปรับปรุงหลักสูตรและคณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยมีความพร้อมเพียงพอที่จะดำเนินการสอนภายในคณะ คณะวิทยาศาสตร์จึงยุติการทำหน้าที่นี้ลงเช่นในปัจจุบัน

นอกจากนี้คณะวิทยาศาสตร์ ยังสอนวิชาพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ให้กับคณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และยังมีแผนกฝึกหัดครู (ต่อมาเป็นคณะครุศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย) ที่เป็นแหล่งผลิตครูวิทยาศาสตร์ เพื่อสอนวิชาวิทยาศาสตร์ในระดับประถมและมัธยมศึกษาและยังคงทำหน้าที่นี้จนถึงปัจจุบัน แต่เนื่องจากสมัยนั้น อาจารย์ที่สอนวิทยาศาสตร์ คือ แพทย์สามัญ ซึ่งไม่สามารถสอนวิทยาศาสตร์ได้ ทำให้นิสิตที่จบการศึกษามีความรู้ค่อนข้างจำกัด อีกทั้งการเรียนการสอนยังมีอุปสรรค เช่น นิสิตไม่มีความรู้ทางด้านภาษาอังกฤษ จึงไม่สามารถนำตำราต่างประเทศมาใช้ในการสอนได้

ดังนั้น ในวันที่ 10 ตุลาคม พ.ศ. 2465 พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว จึงทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ แต่งตั้งสมเด็จพระเจ้าน้องยาเธอ เจ้าฟ้ามหิดลอดุลยเดช กรมขุนสงขลานครินทร์ ให้ทรงเป็นหัวหน้าคณะผู้แทนประเทศไทย ดำเนินการขอความอนุเคราะห์จากมูลนิธิร็อกกี้เฟลเลอร์ ในการปรับปรุงการศึกษาวิชาแพทยศาสตร์ และวิชาวิทยาศาสตร์ โดยความร่วมมือนี้มีกำหนด 5 ปี ภายใต้เงื่อนไขที่รัฐบาลไทยจะต้องสร้างศาลาวิทยาศาสตร์หนึ่งหลัง เพื่อใช้ในการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ นับเป็นอาคารวิทยาศาสตร์หลังแรกที่รู้จักกันในนาม "ตึกขาว" ซึ่งเป็นตึกที่เก่าแก่ที่สุดในคณะ และจะได้ขึ้นทะเบียนเป็นโบราณสถานในอนาคตซึ่งห้ามมิให้ทำการรื้อถอนใดๆ นอกจากการก่อสร้างศาลาวิทยาศาสตร์แล้ว รัฐบาลไทยต้องตั้งตำแหน่งศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยา โดยที่ทางมูลนิธิฯ จะออกเงินจ้างอาจารย์ภาษาอังกฤษให้ 1 คนเป็นเวลา 3 ปี และมูลนิธิฯจะให้ทุนนิสิตและอาจารย์ไปศึกษาวิชาฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยา ณ ต่างประเทศ เพื่อให้กลับมารับตำแหน่งแทนศาสตราจารย์ของมูลนิธิฯ จากความร่วมมือของจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยและมูลนิธิร็อกกี้เฟลเลอร์ ทำให้คณะอักษรศาสตร์และวิทยาศาสตร์ในขณะนั้น สามารถผลิตอาจารย์วิทยาศาสตร์ ผู้มีความรู้ความสามารถในการสอนวิชาต่างๆ เพิ่มมากขึ้น และคณะก็มีสาขาวิชาต่างๆ รวมทั้งนิสิตเพิ่มมากขึ้นในวันที่ 22 พฤษภาคม พ.ศ. 2476 ได้มีพระราชกฤษฎีกา วางระเบียบกรมต่างๆในกระทรวงธรรมการ (กระทรวงศึกษาธิการในปัจจุบัน) และมีการประกาศแยกคณะอักษรศาสตร์และวิทยาศาสตร์ออกเป็นสองคณะ แต่ในวันที่ 29 มกราคม ปีเดียวกัน (ในสมัยนั้น พ.ศ.ของไทยเริ่มนับจากเดือนเมษายน) ก็มีประกาศให้คณะอักษรศาสตร์และวิทยาศาสตร์รวมกันอีกครั้ง จนในที่สุด ในปี พ.ศ. 2491 ได้มีประกาศแยกคณะอักษรศาสตร์และคณะวิทยาศาสตร์ออกเป็นสองคณะอีกครั้งหนึ่ง

คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย จึงนับเป็นคณะแรกในประเทศไทยที่มีการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ ในขณะนั้นคณะวิทยาศาสตร์ประกอบด้วย 4 ภาควิชา คือ คณิตศาสตร์ เคมี ฟิสิกส์ และชีววิทยา หลังจากนั้น คณะวิทยาศาสตร์ก็ได้เติบโตขึ้น และเพื่อให้ทันต่อกระแสความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ จึงมีการก่อตั้งภาควิชาต่างๆเพิ่มขึ้นมา ทั้งในสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพ วิทยาศาสตร์ชีวภาพ และเทคโนโลยี เพื่อผลิตบุคลากรทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อันเป็นกำลังสำคัญในการพัฒนาประเทศให้เจริญรุดหน้าทัดเทียมนานาประเทศ