Pražská univerzita založená českým králem a římským císařem Karlem IV. dne 7. dubna 1348, vstoupila do dějin jako první středoevropská univerzita. Již od svého vzniku měla plný počet fakult středověké univerzity. Vstupní branou ke studiu na právnické, lékařské a teologické fakultě byla fakulta svobodných umění (artistická), později zvaná filozofická. Součástí studia na této fakultě byly i přednášky z matematiky, fyziky a astronomie. Výuka se opírala o spisy antických a středověkých autorit (zejména Aristotela). Například podle Aristotelovy „Fysiky“ se fyzika pojímala jako nauka o celé přírodě. K předním osobnostem univerzity patřili v 15. století přírodovědci Křišťan z Prachatic (1360-1439) a Jan Ondřejův zvaný Šindel (1375(?)-1456), tvůrce pražského orloje, kteří pozvedli svůj zájem od tradičního sestavování kalendáře k vlastnímu astronomickému bádání. V 16. století se již objevují prakticky zaměřené práce z matematiky a astronomie.
Koncem 16. století a počátkem 17. století, zejména za vlády císaře Rudolfa II. (1576-1612), byly v Praze velmi příznivé podmínky pro rozvoj přírodovědného bádání. Všestranný přírodovědec a lékař Tadeáš Hájek z Hájku (1525-1600) udržoval písemný styk s mnoha světovými vědci, měl velký podíl na tom, že v Praze vzniklo významné astronomické centrum. Od roku 1599 pracoval v Praze dánský astronom Tycho Brahe (1546-1601), který do Prahy pozval Jana Keplera (1571-1630). Kepler strávil v Praze 12 let, bydlel zde u svého přítele, tehdejšího rektora Martina Bacháčka z Nauměřic (1541-1612) v univerzitní koleji. Profesorem pražské univerzity se však nestal. V Praze zformuloval své první dva zákony.
Po bitvě na Bílé hoře byla Karlova univerzita jako „semeniště kacířství“ spojena s jezuitskou akademií v Klementinu a od roku 1654 byla nazývána univerzitou Karlo-Ferdinandovou. Jestliže v předbělohorském období univerzitní výuka vycházela vstříc potřebám měšťanské kultury a přála rozvoji praktických předmětů, pod patronací jezuitů bylo jejím hlavním úkolem vychovávat novou církevní inteligenci. Tak nastala více jak stoletá stagnace přírodovědných disciplín na půdě univerzity. Výjimečnou osobností té doby byl přírodovědec Jan Marcus Marci z Kronlandu (1595-1667), profesor lékařské fakulty a osobní lékař Ferdinanda III., který dosáhl vynikajících výsledků v mechanice a optice (disperze světla).
Od poloviny 18. století, kdy rostoucí zájem o exaktní vědy již silně kontrastoval s úrovní jejich výuky, byl vliv jezuitů ve školství státem postupně oslabován a po zániku řádu (1773) ochabl docela. Významným průkopníkem reformy studia se stal profesor matematiky a ředitel klementinské hvězdárny Joseph Stepling (1716-1778). Propagoval newtonovskou fyziku, experimentální práci a jako první náš matematik sepsal systematický výklad diferenciálního počtu. Jako direktor (tj. státní dohližitel) filozofických studií podnítil vznik latinsky psaných učebnic matematiky a fyziky. Steplingův žák Jan Tesánek (1728-1788) vydal v Praze komentované Newtonovy Principie. Ještě za Steplingova života se klementinská hvězdárna zapojila do přírodovědného průzkumu Čech a zahájila systematická meteorologická pozorování, která trvají dodnes. Zásluhu na tom měl jiný Steplingův žák — Antonín Strnad (1749-1799), správce hvězdárny. K mimořádným osobnostem té doby patřil matematik, fyzik, astronom a inženýr František Josef Gerstner (1756-1832), který působil na stolici vyšší matematiky a astronomie v letech 1789-1820. Své matematické znalosti dokázal aplikovat v technické praxi a zasloužil se o založení Českého stavovského polytechnického institutu v roce 1803.
Nejvýznamnějším matematikem a filozofem působícím v Praze v první polovině 19. století byl Bernard Bolzano (1781-1848), na pražské univerzitě působil v letech 1805-1820 jako profesor náboženství. Pro své pokrokové názory byl však perzekvován a po smrti Stanislava Vydry (1741-18041), úspěšného popularizátora matematiky, marně usiloval o stolici elementární matematiky. Řadu let působil na pražské technice významný fyzik a matematik Christián Doppler (1803-1854). V letech 1867-1895 přednášel na pražské univerzitě proslulý německý fyzik Ernst Mach (1838-1916). Během své vědecko-pedagogické činnosti vybudoval skutečnou fyzikální školu, která vychovala řadu pozdějších českých profesorů fyziky (Seydlera, Strouhala, Koláčka aj.).
Na základě školských reforem z konce čtyřicátých let 19. století filozofická fakulta pozbyla svého propedeutického charakteru a získala rovnocenné postavení s ostatními fakultami. Mohla se tak zaměřit na rozvoj jednotlivých oborů a na výchovu středoškolských profesorů. Vznikem nových kateder a zavedením docentur na univerzitě a zvýšením váhy středoškolského studia se rozšířil počet učitelských míst v oblasti přírodních věd.
Vzrůstající intenzita národního obrozeneckého hnutí ve druhé polovině 19. století se začala projevovat i ve vědeckém životě. Vznikala česká odborná literatura, ve které se konstituovala česká přírodovědecká terminologie, na univerzitě se objevily první přednášky v českém jazyce. Po pádu Bachova absolutismu se obnovil spolkový život a začaly vznikat i první studentské spolky. Jako první se v roce 1862 zformoval Spolek pro volné přednášky z matematiky a fyziky, předchůdce pozdější Jednoty českých matematiků (od roku 1912 Jednoty českých matematiků a fyziků). Jednota zprostředkovávala kontakt středoškolských učitelů a jiných zájemců s fakultní vědou a vydávala prostřednictvím vlastního nakladatelství odborné časopisy a publikace.
Roku 1882 došlo k rozdělení univerzity na českou a německou část. Pro českou vědu tak vzniklo několik nových profesorských a asistentských míst. Možnosti vědecké práce se rozšířily. Prvním profesorem matematiky na české univerzitě se stal autor českých vysokoškolských učebnic matematiky a přírodovědeckých spisů František Josef Studnička (1836-1903), neúnavný organizátor českého vědeckého života, první děkan filozofické fakulty a rektor české univerzity letech 1888-89. Jeho zásluhou začala Jednota od roku 1872 vydávat Časopis pro pěstování matematiky a fyziky, který vychází dodnes. Současně se Studničkou přednášel matematiku na české univerzitě Eduard Weyr (1852-1903), který byl řádným profesorem české techniky.
Profesorem experimentální fyziky byl na české univerzitě Čeněk Strouhal (1850-1922), autor vynikající čtyřdílné učebnice experimentální fyziky. Výsledkem jeho dlouhého úsilí bylo postavení nové budovy Fyzikálního ústavu na Karlově, kam se roku 1907 ústav přestěhoval z Klementina. Profesorem teoretické fyziky a astronomie a ředitelem astronomického ústavu se stal August Seydler (1849–1891), autor třídílné učebnice základů teoretické fyziky, po jeho smrti byl profesorem teoretické fyziky František Koláček (1851-1913) a profesorem astronomie Gustav Gruss (1854–1922). Z fyziků té doby je ještě třeba připomenout Bohumila Kučeru (1874-1921), který spolupracoval při zařizování nové budovy Fyzikálního ústavu, a profesora meteorologie Františka Augustina (1846-1908).
Předválečný rozmach fyziky se projevil i na německé univerzitě, kde v roce 1911 vznikl ústav teoretické fyziky, který v letech 1911-12 vedl Albert Einstein.
Po smrti Studničky a Weyra působili na české univerzitě profesoři matematiky Karel Petr (1868-1950) a Jan Sobotka (1862-1931). Jejich zásluhou vzrostla úroveň univerzitních přednášek z matematiky a tak postupně rostla i úroveň středoškolských profesorů. Petr napsal velmi kvalitní učebnice matematické analýzy, působil i jako rektor univerzity. Rektorem byl i profesor Bohumil Bydžovský (1880-1969), který se věnoval hlavně algebraické geometrii. Z dalších matematiků je možno připomenout profesora aplikované matematiky Václava Lásku (1862-1943), analytika Miloše Kosslera (1884-1961) a geometra, který odešel do USA, Václava Hlavatého (1894-1964). Řada dnešních trendů ve vědeckém výzkumu i ve výuce navazuje na dílo profesorů Vojtěcha Jarníka (1897-1970), autora dodnes užívaných učebnic matematické analýzy, algebraika Vladimíra Kořínka (1899-1981) a geometra a topologa Eduarda Čecha (1893-1960), který podstatně ovlivnil též výuku matematiky na našich středních školách, Eduard Čech založil roku 1956 Matematický ústav UK a o tři roky později mezinárodní časopis Commentationes Mathematicae Universitatis Carolinae.
V období mezi válkami působil na Karlově univerzitě profesor teoretické fyziky František Záviška (1879-1945), který zemřel vysílením po pochodu smrti z likvidovaného koncentračního tábora, a další fyzici: Viktor Trkal (1888-1956), který se zabýval hlavně kvantovou teorií a teorií relativity, Václav Posejpal (1874-1935), profesor experimentální fyziky a autor půvabné knížky Dějepis Jednoty Českých Mathematiků (1912), Augustin Žáček (1882-1961), profesor experimentální fyziky a Václav Dolejšek (1895-1945), významný odborník v rentgenové spektroskopii, který vybudoval Spektroskopický ústav (zemřel v Terezíně).
Roku 1920 bylo univerzitě vráceno jméno Univerzita Karlova. Téhož roku se z filozofické fakulty vyčlenily přírodovědné obory a začaly se vyučovat na nově vytvořené přírodovědecké fakultě.
Dnešní Matematicko-fyzikální fakulta vznikla roku 1952 vyčleněním z fakulty přírodovědecké. S postupujícím rozvojem věd a s rostoucími požadavky praxe rostl na jedné straně počet studentů matematiky a fyziky i počet zaměstnanců fakulty, na druhé straně docházelo k postupné diferenciaci a ke vzniku specializovaných kateder a vědeckých ústavů. Fakulta za dobu své existence vychovala řadu vědců a vysokoškolských i středoškolských učitelů.
