A Debreceni Egyetem Elméleti Fizikai Tanszéke 1949-ben jött létre Budó Ágoston irányítása alatt, aki ezekben az években fejezte be Mechanika című tankönyvét, amely azóta több magyar és idegennyelvű kiadást megélt, és napjainkban is a hazai egyetemi fizika oktatás egyik alaptankönyvének számít. Az ekkor még mindössze két kis helyiségből álló tanszék először az egyetem Orvosi Fizikai Intézetében kapott helyet, majd 1950-ben a tanszék az egyetem főépületébe költözött.
A tanszék vezetését 1950-ben Fényes Imre vette át. 1953-tól 1986-ig Gáspár Rezső irányításával működött a tanszék és az ő munkásságának köszönhetően vált a kvantumkémia a tanszék akkori fő és azóta is eredményesen művelt kutatási területévé. 1986-ban Lovas István került a tanszék élére, ahol meghonosította a nagyenergiás atommag- és részecskefizikai kutatást. 1992-től 2006-ig Sailer Kornél volt a tanszékvezető, ekkor honosodott meg tanszéken a szilárdtestfizika, majd a komplex rendszerek fizikája. 2006-2014 között Nagy Ágnes töltötte be a tanszékvezetői posztot. 2014-ben a tanszékvezetést Vibók Ágnes vette át, 2025-től kezdődően Nagy Sándor a tanszékvezető.
A tanszék kezdetben a volt Kossuth Lajos Tudományegyetem központi épületében működött, majd több évtizeden át annak kémiai épületében talált helyet magának, majd 1993-ban átköltözött a MTA Atommagkutató Intézet (ATOMKI) Poroszlay úti épületébe. 2006-ban Kísérleti Fizikai Tanszékkel és a Szilárdtestfizikai Tanszékkel együtt elfoglalta helyét a Bem téren.
Hallgatók, doktoranduszok és posztdoktorok bevonásával, elsősorban két kutatócsoportba szerveződve folyik a tanszéki kutatás. Az egyikben a fény-anyag kölcsönhatás, nemadiabatikus molekuladinamika és molekuláris polaritonok tanulmányozása folyik (Vibók Ágnes, Csehi András, Badankó Péter), a másikban a komplex rendszerek fizikája területén tönkremeneteli jelenségek vizsgálata történik akkumulátorok kapacitáscsökkenésétől, szilárdtestek törésén át a földrengések előrejelzéséig (Kun Ferenc, Pál Gergő, Szatmári Roland). Ezek mellett a sűrűségfunkcionál elmélet (Nagy Ágnes), továbbá a kvantumtérelmélet és renormálási csoport módszer (Nagy Sándor, Sailer Kornél) van jelen a tanszék munkájában.