คณะวิทยาศาสตร์ จัดตั้งขึ้นเมื่อ พ.ศ. 2507 ในนาม "คณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์" โดยมีวัตถุประสงค์หลักคือ จัดสอนวิชาวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ซึ่งได้แก่ คณิตศาสตร์ เคมี ชีววิทยา และฟิสิกส์ รวมทั้งวิชาภาษาอังกฤษ ให้แก่นักศึกษาคณะต่างๆ ในมหาวิทยาลัยขอนแก่น และยังไม่ได้มีการเปิดรับนักศึกษาสาขาวิชาวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะ เพียงแต่มีการจัดสอนในวิชาพื้นฐานเท่านั้น[3]

อาคารแห่งแรกสุดของมหาวิทยาลัยขอนแก่น คืออาคารคณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์ เริ่มก่อสร้างอาคารเมื่อวันที่ 9 มิถุนายน พ.ศ. 2507 มีความสูง 4 ชั้น ตั้งอยู่ในตำแหน่งซึ่งนับได้ว่าเป็นตำแหน่งที่เด่นที่สุดและสูงที่สุดในมหาวิทยาลัยจนมองเห็นได้ชัดเจนจากตัวเมืองขอนแก่น[4]

จนกระทั่งปี พ.ศ. 2516 คณะวิทยาศาสตร์ ได้มีวัตถุประสงค์และหน้าที่หลักพัฒนาขึ้น คือ ทำหน้าที่ผลิตบัณฑิตที่มีคุณภาพในสาขาวิทยาศาสตร์ เพื่อเผยแพร่และให้บริการความรู้ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแก่ประชาชน รวมทั้งส่งเสริมการค้นคว้าวิจัยปัญหาด้านต่างๆ ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาในภูมิภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ดังนั้นคณะวิทยาศาสตร์ จึงเริ่มเปิดรับนักศึกษาเพื่อเข้าศึกษาในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ 4 สาขาวิชา ได้แก่ คณิตศาสตร์ เคมี ชีววิทยา และฟิสิกส์ ติดตามมาด้วยสาขาวิชาธรณีวิทยา และสาขาวิชาสถิติ ในยุคต่อมา ได้เปิดสาขาวิชาเพิ่มเติม คือ สาขาวิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ สาขาวิชาจุลชีววิทยา สาขาวิชาชีวเคมี และสาขาวิชานิเวศวิทยาสิ่งแวดล้อม

ในปี พ.ศ. 2521 ภาควิชาภาษาต่างประเทศและภาควิชาบรรณารักษศาสตร์ ได้โอนย้ายจากคณะวิทยาศาสตร์ ไปร่วมจัดตั้งเป็นคณะมนุษยศาสตร์และสังคมศาสตร์ขึ้น ดังนั้น คณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์จึงเปลี่ยนชื่อเป็น "คณะวิทยาศาสตร์" นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

และในปี พ.ศ. 2527 ภาควิชาธรณีวิทยา ได้โอนย้ายจากคณะวิทยาศาสตร์ไปจัดตั้งเป็นคณะเทคโนโลยี[5]

อนึ่ง ลำดับการเข้ารับพิธีพระราชทานปริญญาบัตรของบัณฑิตคณะวิทยาศาสตร์ จะมีลำดับต่อจากคณะพยาบาลศาสตร์ เนื่องจากคณะวิทยาศาสตร์ทำการเปิดรับนักศึกษาสาขาวิทยาศาสตร์เป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2516 จึงถือว่าเป็นคณะที่ทำการผลิตบัณฑิตลำดับที่ 5 ของมหาวิทยาลัยขอนแก่น