คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ได้รับการประกาศจัดตั้งในราชกิจจานุเบกษา เมื่อวันที่ 21 ตุลาคม พ.ศ. 2501 ในนาม "โรงเรียนเตรียมวิทยาศาสตร์การแพทย์ มหาวิทยาลัยแพทยศาสตร์" [2] โดยมี ศาสตราจารย์ ดร.สตางค์ มงคลสุข เป็นผู้ดำเนินการจัดตั้งและดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการโรงเรียน มีวัตถุประสงค์เบื้องต้นเพื่อจัดการศึกษาเตรียมแพทย์และเตรียมประเภทวิชาอื่นๆ ขึ้นภายในมหาวิทยาลัยแพทยศาสตร์ โดยใช้สถานที่ที่ตึกเทคนิคการแพทย์ โรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ ในปีแรก และย้ายมายังอาคารเรียนใหม่ ณ ถนนศรีอยุธยา ในปีต่อมา

หลังจากนั้น ในปี พ.ศ. 2503 รัฐบาลได้ตราพระราชบัญญัติ ยกฐานะขึ้นเป็น "คณะวิทยาศาสตร์การแพทย์" [3] เปิดหลักสูตรการศึกษาในสาขาต่างๆ ทั้งด้านวิทยาศาสตร์ และวิทยาศาสตร์การแพทย์ ถึงระดับปริญญาตรี-โท (และเอก ในเวลาต่อมา) โดยมี ศาสตราจารย์ ดร.สตางค์ มงคลสุข ดำรงตำแหน่งคณบดีท่านแรก

ต่อมา คณะวิทยาศาสตร์การแพทย์ได้ย้ายสถานที่ตั้งมาพื้นที่บนถนนพระรามที่ 6 ตรงข้ามกระทรวงอุตสาหกรรม ซึ่งรัฐบาลไทยได้ให้การสนับสนุนที่ดิน 40 ไร่ และงบประมาณร่วมกับมูลนิธิร็อกกิเฟลเลอร์ ในการก่อสร้างอาคารบรรยาย และอาคารทดลองวิทยาศาสตร์ พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช ทรงพระกรุณาโปรดเกล้า ฯ เสด็จพระราชดำเนินทรงประกอบพิธีเปิดตึกคณะวิทยาศาสตร์การแพทย์ มหาวิทยาลัยแพทยศาสตร์ เมื่อวันที่ 26 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2511

เมื่อวันที่ 2 มีนาคม พ.ศ. 2512 มหาวิทยาลัยแพทยศาสตร์ ได้รับพระมหากรุณาธิคุณ โปรดเกล้าโปรดกระหม่อม ให้ใช้พระนามาภิไธย "มหิดล" เป็นนามใหม่ของมหาวิทยาลัย และต่อมาได้มีประกาศสำนักนายกรัฐมนตรีแบ่งส่วนราชการในมหาวิทยาลัยมหิดล เมื่อวันที่ 18 พฤศจิกายน พ.ศ. 2512 คณะวิทยาศาสตร์การแพทย์ ได้ใช้ชื่อใหม่เป็น "คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล" มาจนถึงปัจจุบัน