Кафедра физической химии создана в Санкт-Петербургском университете в 1914 году. Первый заведующий — член-корреспондент АН СССР Михаил Степанович Вревский (1871−1929), автор классических работ по термодинамике растворов, продолжатель исследований Д. П. Коновалова, лауреат Ленинской премии. В 1929 году кафедру, преобразованную в кафедру физической и коллоидной химии, возглавил — член-корреспондент АН СССР Иван Иванович Жуков (1880−1949).
С 1939 по 1988 год кафедрой руководил академик АН СССР Борис Петрович Никольский (1900−1990), один из крупнейших российских физико-химиков. Исследования, выполненные под руководством Б. П. Никольского послужили основой для развития важнейших работ кафедры по ионометрии, теории и практике pH-метрии, оксредметрии, новых направлений в изучении ионного обмена.
После Б. Н. Никольского кафедрой заведовали в 1988−1997 годах почетный профессор СПбГУ, лауреат Государственной премии СССР, заслуженный деятель науки РФ
Алексей Георгиевич Морачевский (1923−2019) и в 1997−2012 годах почетный профессор СПбГУ, член-корреспондент РАН, лауреат Государственной премии СССР, заслуженный работник высшей школы РФ
Наталия Александровна Смирнова (1933−2023), которые стали основателями ведущей научной школы «Термодинамика и молекулярно-статистическая теория сложных флюидных систем». С начала 70-х годов на кафедре ведутся исследования в области статистической термодинамики и компьютерного моделирования.
С 2012 года заведует кафедрой профессор Алексей Исмаилович Викторов.