中国石油大学（北京）理学院前身是1953年成立的北京石油学院的数学教研室、物理教研室。1964年2月成立基础课教学处（简称：基教处或基础处），包括数学、物理、外语、体育四个教研室。1969年随学校迁至山东，受文化大革命影响教研室被解散。华东石油学院自从77届恢复正式招生以后，恢复了数学、物理教研室，并成立了基础科学系。1984年数学、物理教研室和外语、体育等基础学科的教师一起组建了华东石油学院北京研究生部的基础课小组（基础教研室）。北京研究生部更名为石油大学（北京）后，在北京研究生部基础教研室的基础上组建了石油大学（北京）基础科学系。2000年原基础科学系的数学教研室、物理教研室组建成立数理系。2010年4月9日，原数理系、化学科学与工程学院的应用化学系、机电工程学院材料科学与工程系合并成立中国石油大学（北京）理学院。

　　理学院由4个系（数学系、物理系、应用化学系、材料科学与工程系）、2个北京市高等学校实验教学示范中心（物理实验教学中心、化学与化工实验教学中心）、1个北京市科普教育基地（物理实验教学中心物理演示厅）、2个校级重点实验室（光传感与光探测实验室、能源材料微结构实验室）、1个联合研究机构（材料腐蚀与防护联合研究中心（加拿大哈斯基能源公司））、1个北京市重点实验室、3个院级研究机构（数模研究所、计算与模拟研究中心、教育教学研究所）组成。

　　理学院拥有2个博士学位授权一级学科（化学、材料科学与工程）、2个博士学位授权二级学科（应用化学、材料学）、5个硕士学位授权一级学科（数学、化学、物理学、材料科学与工程、光学工程）、2个专业学位硕士点（材料工程、化学工程）、1个北京市重点学科（应用化学）。现有在编教职工105名，其中教授25名，博士生导师17人，硕士生导师51人，其中入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选1名、教育部新世纪优秀人才2名、北京市科技新星2名。理学院教师参加国家自然科学基金、国防科技攻关、973、863等100余项科研项目，2010年科研总经费2000余万元，取得了丰硕的研究成果。