การเรียนการสอนวิชาเคมีในมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ มีกำเนิดมาพร้อมกับการก่อตั้งมหาวิทยาลัยฯ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2486 ซึ่งในขณะนั้นเปิดสอนอยู่ใน “แผนกเคมี” สังกัดคณะกสิกรรมและสัตวบาล (ปัจจุบัน คือ คณะเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์) อาคารเรียนวิชาเคมีหลังแรก มีลักษณะเป็นอาคาร 2 ชั้นตั้งอยู่บริเวณประตูงามวงศ์วาน 3 (ปัจจุบัน คือ ร้านสหกรณ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์) โดยมี ศาสตราจารย์จรัด สุนทรสิงห์[12] เป็นหัวหน้าแผนกวิชาฯ และมีการผลิตบัณฑิตในหลักสูตรระดับปริญญาตรี[13]

ต่อมาในปี พ.ศ. 2499 ได้ย้ายจากอาคารเรียนเดิมมาอยู่ที่ “ตึกเคมีเก่า” ปัจจุบัน คือ กองปฐพีวิทยา กรมวิชาการเกษตร[14] ทั้งนี้ เป็นอาคารที่ใช้ร่วมกับกองการกสิกรรมเคมี กระทรวงเกษตร (ปัจจุบัน คือ กองเกษตรเคมี กระทรวงเกษตรและสหกรณ์) ในขณะนั้นมีวิชาทางเคมีเปิดสอนเพียง 4 วิชา ได้แก่ เคมีอนินทรีย์ เคมีอินทรีย์ เคมีวิเคราะห์ปริมาณ และเคมีวิเคราะห์คุณภาพ

จากนั้นในปี พ.ศ. 2500 ศาสตราจารย์จรัด สุนทรสิงห์ ได้ขึ้นดำรงตำแหน่งคณบดีคณะกสิกรรมและสัตวบาล และศาสตราจารย์เกียรติคุณ ดร. กฤษณา ชุติมา ได้ดำรงตำแหน่งรักษาการหัวหน้าแผนกวิชาเคมี ซึ่งในปีเดียวกันนี้ได้มีการต่อเติมตึกเคมีเก่าให้มีห้องเรียนเพิ่มขึ้น ขณะเดียวกันทางแผนกวิชาเคมีได้ Professor. Dr. Hamit D. Resse ศาสตราจารย์เคมี จาก Oregon College มาเป็นที่ปรึกษาด้านวิชาการ ด้านวิธีการสอนปฏิบัติการ และวิธีจัดทำระเบียบพัสดุทางเคมี

ในปี พ.ศ. 2503 ได้ทำการต่อเติมตึกเคมีเก่าเพิ่มเติมโดยขยายเป็นห้องบรรยาย และปรับเปลี่ยนมาเป็นห้องปฏิบัติการเคมีในเวลาต่อมา และในปี พ.ศ. 2507 ศาสตราจารย์เกียรติคุณ ดร. กฤษณา ชุติมา ได้รับการแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งหัวหน้าแผนกวิชาเคมีและเริ่มมีการเปิดสอนวิชาชีวเคมีเพิ่มขึ้นด้วย

กระทั่งในปี พ.ศ. 2509 สภามหาวิทยาลัยฯ มีมติให้จัดตั้ง “คณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์” อย่างเป็นทางการ ณ บริเวณพื้นที่ปัจจุบัน[15][16][17] จึงมีการย้ายมาสังกัดยังคณะใหม่ ในชื่อเดิม คือ “แผนกวิชาเคมี” โดยมี ศาสตราจารย์เกียรติคุณ ดร. กฤษณา ชุติมา เป็นหัวหน้าแผนกวิชาฯ ท่านแรกในสังกัดคณะวิทยาศาสตร์ฯ ซึ่งต่อมาในปี พ.ศ. 2512 ได้มีการเปลี่ยนจากคำว่า “แผนกวิชา” ไปเป็น “ภาควิชา” จึงใช้ชื่อใหม่อย่างเป็นทางการว่า “ภาควิชาเคมี” จนกระทั่งปัจจุบัน

ในปี พ.ศ. 2518 หลังจากที่ย้ายมาอยู่บริเวณพื้นที่ใหม่ ภาควิชาเคมีได้ก่อสร้างอาคารเรียนเคมีหลังใหม่ขึ้น ออกแบบและวางโครงสร้างอาคาร โดย ศาสตราจารย์เกียรติคุณ ดร. กฤษณา ชุติมา ลักษณะเป็นอาคารเรียนและปฏิบัติการ ความสูง 6 ชั้น มีดาดฟ้า มีชื่อเป็นทางการว่า “อาคารกฤษณา ชุติมา” หรือ “ตึกเคมี” และในปีเดียวกันนี้ยังเป็นปีที่สำคัญยิ่งของประวัติศาสตร์ภาควิชาเคมี เนื่องจากสมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี ทรงผ่านการสอบคัดเลือกได้เข้าศึกษาต่อยังคณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ในสาขาเคมี และทรงสำเร็จการศึกษาได้รับปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิต (เคมี) เกียรตินิยมอันดับ 1 เหรียญทอง เมื่อปี พ.ศ. 2522 ต่อมาในปี พ.ศ. 2524 ได้มีการผลิตบัณฑิตในระดับปริญญาโท สาขาเคมี ขึ้นเป็นครั้งแรก และระดับปริญญาเอก สาขาเคมี ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2541

ปัจจุบัน ภาควิชาเคมีจัดการเรียนการสอนด้านเคมีใน 5 สาขาวิชา ได้แก่ สาขาวิชาเคมีวิเคราะห์ สาขาวิชาเคมีอนินทรีย์ สาขาวิชาเคมีอินทรีย์ สาขาวิชาเคมีอุตสาหกรรม และสาขาวิชาเคมีเชิงฟิสิกส์ ทั้งหลักสูตรภาษาไทยและหลักสูตรนานาชาติ