《同济大学学报（自然科学版）》的前身可追述到1918年。当时的私立同济医工专门学校在校长阮尚介的提议下编辑出版了学校的第一本学报《同济》，为双月刊，黄胜白任总编辑。《同济》全册分为三个部分：第一部分为内篇，"皆极新学术，所以供专家攻研者，其选材说理不厌高深"；第二部分为外篇，"凡其所说，但求可行，不为高论"，供一般国民阅读；第三部分为杂篇，包括记事、书信及新书介绍等。这本刊物出版后，被国内有关学者誉为"吾济之理想杂志"。在这之后，学校又先后出版过《自觉月刊》、《同济杂志》、《同济医学月刊》等多种学术性刊物。
      新中国成立后，同济大学于1956年开始编辑出版《同济大学学报》，为自然科学类学术期刊，季刊，16开本。1958年至1959年曾改为月刊，1966年被迫停刊，1978年经国家科委批准复刊，季刊，16开本， 128页。1980年经国家科委批准，向国内外公开发行。1995年起改为双月刊，1997年改名为《同济大学学报（自然科学版）》，1998年起改为大16开本，2001年起改为月刊，2004年起页码增至144页。
      《同济大学学报（自然科学版）》自1956年至2005年底，已出版发行了33卷共220余期，发表论文5300余篇。近几年国内纸版订户保持在1200份左右，电子发行下载每年5万余次。另外，通过中国国际书店向国外发行，并与德国、日本、美国等60余所大学建立了刊物交流关系。
      由于《同济大学学报（自然科学版）》所刊登的论文始终保持着较高的学术水平、创新性以及较强的应用价值，所以经常被国内外有关科技人员参考、引用和应用，为促进我国科研发展和学术交流做出巨大的贡献。1992年被评为国家教委直属高校优秀期刊；1995年获全国高校优秀学报一等奖，上海市高等学校优秀学报奖；1996年获国家教委系统优秀科技期刊一等奖，第二届上海市优秀科技期刊奖；1997年获第二届全国优秀科技期刊二等奖；1999年获优秀高校自然科学学报一等奖，上海高等学校优秀自然科学学报一等奖；2002年入选中国期刊方阵双百期刊；2003年荣获第二届国家期刊奖重点科技期刊奖；2004年获教育部优秀科技期刊一等奖；2005年荣获第三届国家期刊奖百种重点科技期刊奖。
      《同济大学学报（自然科学版）》近年来通过不断地改革发展与开拓创新，目前已成为一本在我国科学技术领域尤其是在土木工程等与城市建设相关的学科内颇具学术影响力的核心刊物。目前是中国自然科学核心期刊和中国科技论文统计源期刊之一，被美国《工程索引》（EI Compendex）、美国《化学文摘》（CA）、英国《科学文摘》（SA，INSPEC）、俄罗斯《文摘杂志》（AJ of VINITI）、美国《数学评论》（MR）、美国《剑桥科学文摘》（CSA）、中国科技论文与引文数据库(CSTPCD)、中国科学引文数据库(CSCD)、中国学术期刊综合评价数据库(CAJCED)、中国核心期刊(遴选)数据库、中文核心期刊要目数据库(CCJGD)、《中国学术文摘》等40多种国内外重要检索系统收录。
      1978年复刊后，成立了同济大学学报编辑委员会，时任校长李国豪教授任兼任主编，以后翁智远、徐植信副校长也曾分别兼任主编。编辑委员会每两年改选一次，历届编辑委员会成员如下：1986-1996年：主编俞载道，副主编朱照宏、赵松龄，编委19人；1996-2001年：主任吴启迪，副主任顾国维、项海帆、俞载道，主编俞载道，副主编沈祖炎，朱照宏、赵松龄，编委36人；2001-2004年：主任吴启迪，副主任陈成澍、项海帆、赵松龄，主编赵松龄，副主编沈祖炎、朱照宏、杨林德、赵惠祥，编委45人；2004-2006年：主任万钢，副主任李同保、赵建夫、李杰，主编李杰，副主编陈鸿、孙立军、李振海，编委37人。
      1978年复刊后，成立了同济大学学报编辑室，隶属同济大学科研处领导；1984年隶属同济大学出版社领导；1988年隶属同济大学科研处领导；1997年成立同济大学学报（自然科学版）编辑部；1999年隶属同济大学出版社领导；2001年隶属同济大学科研处领导；2004年后成立了同济大学学报编辑部，隶属同济大学研究院领导。