清華大學物理系成立於1926年的秋天，首任系主任是我國著名教育家、物理學家、我國近代物理學奠基人之一的葉企孫。1937年抗戰爆發後，清華師生遷移到昆明，與北大、南開共組「國立西南聯合大學」。1952年秋在院系調整中，清華物理系絕大部分教師和全部學生轉入北大物理系。1982年復系之後，清華物理系迅速回歸到一流物理系的行列。
隨著學術影響力在國際上的迅速提升以及大批優秀人才的不斷湧現，清華物理系在國際上的學術聲望不斷提升：2019年英國自然指數（Nature Index）清華大學的物理學科全球排名第25；英國QS全球教育集團發布的2020年度世界大學學科排名中，清華大學的物理與天文學科全球排名第15；美國US News 2020年世界大學排行榜中，清華大學的物理學科全球排名第12。
清華物理系具有光榮的歷史傳統，人才培養成績卓著。共和國的23位「兩彈一星」元勳中，有10位是清華物理系系友，包括：王淦昌、錢三強、彭桓武、王大珩、趙九章、陳芳允、鄧稼先、朱光亞、周光召、郭永懷。楊振寧和李政道這兩位華人諾貝爾物理獎獲得者是西南聯大物理系的本科生，楊振寧是清華物理系培養的研究生。曾經在物理系學習、工作過的院士，有89位。
物理系自1982年復系以來，畢業生中也有大批優秀人才脫穎而出。據不完全統計，在學術成才的物理系畢業生中，已有1人（戴宏傑）當選美國科學院院士，4人（歐陽鍾燦、劉國治、向濤、段文暉）當選中國科學院院士，1人（戴宏傑）當選中國科學院外籍院士，1人（趙振堂）當選中國工程院院士，10人入選教育部「長江特聘教授」，16人獲得國家傑出青年基金資助。此外，自2001年開始，物理系有17名畢業生獲得美國斯隆研究獎。
物理系的科研方向齊全，師資力量雄厚。科研領域包括凝聚態物理，原子分子和光物理，粒子物理與核物理以及天體物理等。物理系現有教職工116名，其中教師83人，含教授（研究員）39人，副教授（副研究員）39人。教師中有中國科學院院士10人（王崇愚、陳難先、顧秉林、鄺宇平、李惕碚、李家明、範守善、朱邦芬、薛其坤、段文暉），何梁何利基金科學與技術進步獎獲得者5人，教育部「長江特聘教授」9人，國家傑出青年基金獲得者14人。
物理系的主要研究機構包括凝聚態物理、原子分子與光物理、粒子物理核物理和天體物理3個研究所，低維量子物理國家重點實驗室，清華-富士康納米科技研究中心、清華大學量子科學與技術研究中心、量子信息前沿科學中心等。
近年來，全系每年的科研經費超過1.6億人民幣，師生人均科研經費支持力度大。
物理系率先在學校建立完整的研究生培養質量保障體系，營造濃厚的學術氛圍，經年積累，成效顯著。一年一度的全系博士生論壇，均有幾十位導師全程參加，成為清華研究生學術活動的一張名片。
近年來，越來越多的畢業研究生，陸續成為相關行業的興業英才或者所在領域的學術新秀。例如，在學術界，畢業生何聯毅獲得Hermann Kuemmel多體物理早期成就獎，常翠祖獲得美國斯隆研究獎，張金松、常翠祖和王二印先後獲得瑞士Chorafas青年科學家獎等。近年畢業的研究生中，已有數十位在國內外一流學府獲得教職。
近年來，清華物理系在科學研究中取得許多重要成果，多次獲得國家和省部級科研獎勵。
低維材料中新奇量子現象及其調控的機理研究（2014）
拓撲絕緣體與量子反常霍爾效應的實驗研究（2017）
除了雄厚的師資力量和卓越的科研水平，清華大學物理系對外也開展了廣泛的國際合作與交流。
2019年加入CMS實驗，6月的CMS中國年會獲得唯一重點表揚：「中國發展最快的CMS組」
亞太研討會&清華-日本理化學研究所-中國科學院大學聯合研討會
2019年10月28日上午，清華大學物理樓奠基儀式舉行。
計劃投入建設的物理樓位於清華校園西北方，建築面積約42000平米，將建設高標準實驗室70餘間，為物理系各項工作不斷邁上新臺階提供有力的保障，預計將於2022年建成。物理系復系40周年之際，全系搬入物理樓。
除了豐富的科研資源，物小研的學術、文藝、體育活動更是多姿多彩。
物理系研會定期舉辦"Be Physicist Talk"學術微沙龍活動，讓同學們了解領域前沿，並且在特殊期間依然克服困難保持線上正常運行；研會還為每屆新生舉辦新生舞會，讓剛入學的新生們在歡樂的氛圍中熟悉新環境；另外，常態化體育俱樂部也為有需要的同學提供了與朋輩一起運動鍛鍊的機會，發揚「無體育，不清華」的精神。還有「一二·九合唱比賽」，「師門好聲音」，物理系博士生論壇等活動在等著你，歡迎加入清華物小研。