1898年7月3日，京師大學堂在孫家鼐的主持下在北京創立，最初校址在北京景山東街(馬神廟)和沙灘(故宮的東北)紅樓(北京五四大街29號)等處。京師大學堂是中國近代正式設立的第一所大學。
1900年，八國聯軍侵華，打入北京後，京師大學堂遭受破壞。
1902年12月，京師大學堂恢復。吏部尚書張百熙任管學大臣。吳汝綸和辜鴻銘任正副總教習，嚴復和林紓分任大學堂譯書局總辦和副總辦。創辦於1862年洋務運動期間的京師同文館也併入大學堂。
1904年選派首批47名學生出國留學。1904年京師大學堂進士館開學，招收了最後兩批科舉進士，即癸卯科(1903年)進士80餘名和甲辰科(1904年)進士30餘名入學。1905年國子監停辦時，一批未畢業的學生直接進入京師大學堂學習。
國立北京大學(1912-1929年)
1912年5月，京師大學堂更名為北京大學校，旋即冠「國立」，是中國歷史上第一所冠名「國立」的大學，嚴復出任校長。
1917年(民國六年)，著名教育和民主主義革命家蔡元培出任北京大學校長，他「循思想自由原則、取兼容並包義」，使得北京大學思想解放，學術繁榮，北大從此日新月異。
1919年(民國八年)5月4日，「五四運動」爆發。北京大學等北京多所學校的學生在天安門前集會，羅家倫、江紹原、張廷濟為學生運動三個代表，羅家倫起草了《北京學界全體宣言》，隨後舉行示威遊行。軍警當場逮捕學生。蔡元培、李大釗、陳獨秀、朱家驊、胡適、魯迅當時為了營救學生，不惜發動全國工商界罷工罷市。北京學生的愛國運動，得到了各地青年學生和人民群眾的同情和支持，學生愛國運動的烈火迅速燃遍全國，發展成為全國性的反帝愛國運動。
1927-1929年間，北大處於動蕩之中，並遭到嚴重摧殘。奉系軍閥攫取北京政權後，於1927年悍然宣布取消北大，與北京其他八所國立大學合併為京師大學校。1928年南京國民政府先將其改為中華大學，復改為北平大學，復改為國立北平大學北大學院。1929年北大宣布自行復校，國民政府於8月6日將北大學院改為國立北京大學。
國立北京大學(1930-1937年)
1930年(民國十九年)，國民政府首任教育部長、蔡元培先生的高足、曾三度代理北大校長的蔣夢麟開始執掌北大，翌年一月正式就職。
1931年北大與中華教育文化基金會設立合作研究特款。動工興建新圖書館、地質館、灰樓學生宿舍等三大建築，修建了大操場;理科各系設施得到相當的改善。
到1935年，北大已建成實驗室40多個，實驗儀器6716件，標本15788種，藥品及實習用具3100多 件，設備條件居於全國高校前列。
1930年到1937年的七年時間裡內，蔣夢麟先生一直掌握著北大之舟的航向，竭盡所能。這段時間被譽為「北大中興時期」，蔣夢麟這位中國現代傑出的教育家功不可沒。[6]
國立西南聯合大學(1937-1946年)
1937年9月，北京大學奉國民政府令南遷至長沙，與清華大學、天津的私立南開大學組成國立長沙臨時大學。
1938年臨時大學前往昆明，4月2日更名為國立西南聯合大學。全校設文、理、法商、工、師範五個學院，26個系。1938年5月4日，西南聯大正式上課，次年5月北大研究院在昆明恢復並開始招生，研究生學籍分屬三校。
1946年5月4日西南聯大舉行結業典禮，光榮地完成了戰時大學的歷史使命，創造了中國高等教育史的一個奇蹟。
國立北京大學(1946-1949年)
1946年7月胡適先生由美返國，9月正式就任北大校長，致力於北大之全面復興，「把北大做到最高學府，做成功今日最高的學術研究機關」。雙十節在國會街北大第四院禮堂隆重舉行復校開學典禮。胡適先生以其絕高的威望，延攬名師，可謂濟濟多士，萃集一堂。
1946年，該校聘任湯用彤為文學院長，饒毓泰為理學院長，周炳琳為法學院長，馬文昭為醫學院長，俞大紱為農學院長，馬大猷為工學院長，樊際昌為教務長，陳雪屏為訓導長，鄭天挺為秘書長，設33個學系(其中醫學系下設18科)、兩個專修科及獨立的文科研究所，學生總數3400多人，恢復了比過去更大的光榮。
1947年年夏，胡適校長擬提議在北大組建原子能研究中心，並親自聯繫錢三強、何澤慧、胡寧、吳健雄、袁家騮、張文裕、張宗燧、吳大猷、馬仕俊等九人，「皆已允來北大」，後因時局變化未果。1947年8月下旬，提出「十年高等教育發展計劃」，集中國家最大力量培植五所成績最好的大學。
1948年國立中央研究院首次院士選舉，北大10位教授入選，位居全國各高校之首。
1948年12月15日胡適校長離平南遷，由鄭天挺、湯用彤、周炳琳三人主持校務，但表示「我雖在遠，決不忘掉北大」。
北京大學(1949-)
1952年政府對高等院校進行院系調整，清華大學、燕京大學的文理科的部分師資併入北京大學，北京大學的工學院、農學院、醫學院、地質系、政法專業等脫離北京大學，或組建成新的高等院校，或併入其他相關院校。院系調整後的北京大學遷校址於原燕京大學校址，成為一所以文理基礎教學和研究為主的綜合性大學，為中國各行業培養了大批人才。
1981年被國務院批准為首批具有博士、碩士授予權的大學。
1984年10月，北京大學研究生院成立，具體負責全校研究生的培養、教育和管理工作。
2000年4月3日，同根同源的北京大學與北京醫科大學合併，組建了新的北京大學。北京醫科大學的前身
歷史圖片(22張)是國立北京醫學專科學校，創建於1912年10月26日。學校於1946年7月併入北大。1952年高校院系調整中，北京大學醫學院脫離北京大學，獨立為北京醫學院。1985年更名為北京醫科大學。兩校的合併進一步拓寬了北大的學科結構，為促進醫學與人文社會科學及理科的結合，改革醫學教育奠定了基礎。
百餘年來，北大校園中人文淵藪，英才輩出，為民族復興、國家強盛做出了不可替代的貢獻。截至2008年，北大校友中已有吳文俊、王選、黃昆、劉東生、葉篤正、吳徵鎰、徐光憲、王忠誠等八人獲得中華人民共和國國家最高科學技術獎(全國共14人)，12人成為中國「兩彈一星」的元勳，近1000人當選院士，北大的畢業生和教師為中國的自然科學、人文社會科學、醫學、工程技術及國防事業、文化事業的發展做了奠基性和開拓性的貢獻。