Fizyka i astronomia istnieją na Uniwersytecie od samego początku, choć przez pierwsze lata wykładane były na Wydziale Filozoficznym. Obecnie naukowcy zajmują się m.in.: badaniami strukturalnymi, biofizyką, fizyką biomedyczną, cząstek i oddziaływań fundamentalnych, ciała stałego, jądra atomowego, spektroskopią jądrową czy optyką. Można tu zdobyć wiedzę interdyscyplinarną łączącą elementy fizyki z chemią, biologią, matematyką oraz informatyką. Badania prowadzone są też w dwóch obserwatoriach astronomicznych należących do wydziału: w Ostrowiku pod Warszawą oraz w Chile na pustyni Atacama. Wydział Fizyki jako jedna z sześciu uniwersyteckich jednostek otrzymał najwyższą kategorię „A+” w kategoryzacji Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Oznacza to nie tylko, że został wyróżniony na tle jednostek fizycznych w całym kraju, ale ma większe możliwości na pozyskanie dotacji na prowadzenie badań.