理学院的前身是始建于1930年的交通大学科学学院，1946年更名为理学院，1994年西安交通大学恢复学院建制重新成立理学院。学院由数学、物理、化学三个学科组成，设有信息与计算科学，数学与应用数学、应用物理、光信息科学与技术、材料物理、应用化学等6个本科专业；计算数学、应用数学、基础数学、概率与统计、运筹学与控制论、原子与分子物理、理论物理、光学、凝聚态物理、材料物理等10个硕士博士点，以及应用化学、分析化学、高分子化学与物理等3个硕士点；数学学科和物理学科具有一级博士学位授予权，数学学科设有博士后流动站，“计算数学”是国家重点学科，“数学与应用数学”和“信息与计算科学”是陕西省名牌本科专业。另外，学院设有基础数学、信息与系统科学、科学计算、应用数学、现代物理、应用物理、凝聚态物理、化学物理、分析科学等9个研究所，西安交通大学基础科学研究中心，功能材料质介观物理省重点实验室，数学、物理、化学三大教学实验中心，以及全国重要的高层次理科人才培育基地：国家工科数学教学基地、国家工科物理教学基地、国家物理实验教学示范中心。

学院本着基础课教学一流、基础科学研究一流的发展目标，在教学、科研、学科建设等各方面一直走在全国高校前列。教学方面，学院已形成以国家级教学名师为核心的强大师资队伍，近五年共获得国家级和省部级教学成果奖和优秀教材奖16项，出版国家级“十五”教材以及新世纪研究生、本科生系列教材48部，确保了基础课教学在全国高校中的领先地位。目前，学院是教育部高等学校课程教学指导委员会4个分委员会主任、副主任及委员单位，是多项国家级教改项目的牵头单位，是国家工科数学教学基地、国家工科物理教学基地的建设单位。科研方面，学院依托西安交通大学基础科学研究中心、陈省身先生倡导成立的应用数学研究中心、功能材料质介观物理省级重点实验室以及西安交通大学强大的工程技术与管理科学，在力争理科基础研究水平一流的同时，大力开展高新技术的基础理论研究。近五年来，持续获得国家重大基础研究项目“973”、“863”计划，以及国家自然科学重点基金的资助；发表学术论文1700余篇，其中SCI检索论文 700 余篇；获得包括国家自然科学奖在内的省部级以上科研成果奖 20 余项。

现有教职工 246 人，其中教授 51 人（含博士生导师 30 人），博士后流动人员 9 人，中青年教师大都具有境外学习或工作的经历。现有“长江学者”特聘教授 1 人、讲座教授 2 人，教育部跨世纪优秀人才 4 人，教育部新世纪优秀人才支持计划 5 人。

学院与美国、英国、加拿大、日本、意大利、德国等国家的许多大学和研究机构建立了长期的合作和学术交流关系。每年都有国际知名学者来访和进行实质性科研合作，有许多教授应邀担任国际期刊的编委、国际学术会议的主席和组委会主要成员。近五年来成功举办10多次国际学术会议。

近年来理学院本科毕业生就业情况良好，主要去向为政府机构、科研院所、高等院校、国防重点科研单位、电信与信息类研发公司、以及金融、证券、保险等公司。近五年来，除考取研究生外（平均考取率为55%）,平均就业率达99.5%。