La ricerca in Fisica all'Università degli Studi di Trieste iniziò ufficialmente il 2 luglio del 1945, con la nascita dell'Istituto di Fisica, cresciuto e trasformatosi poi, il 18 ottobre 1984, in Dipartimento di Fisica, con sede in Via Valerio, 2. Come stabilito da apposita convenzione, in tale sede sono situati anche la Direzione ed alcuni uffici e laboratori della Sezione di Trieste dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Il Dipartimento di Fisica Teorica venne costituito l'1 gennaio 1985. La sua sede, come quella dell'Istituto di Fisica Teorica dal quale ebbe origine, è stata situata nell'edificio di Miramare, di proprietà dell'Università, che ospita il Centro Internazionale di Fisica Teorica (ICTP) dell'Unesco.

Le ricerche astronomiche hanno a Trieste una tradizione che risale al periodo austro-ungarico, con la fondazione di un Osservatorio nel 1850. Il Dipartimento di Astronomia, nato il 24 gennaio 1985 dall'Istituto di Astronomia, venne ospitato nella sede dell'Osservatorio Astronomico Triestino (OAT), confluito poi nell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

I tre Dipartimenti, con decennale esperienza di collaborazione scientifica e didattica, sono confluiti nel nuovo Dipartimento di Fisica, attivato l'1 ottobre 2009.