1956 yilda S.A. Azimov say’-harakatlari bilan O‘rta Osiyo davlat universitetida modda tuzilishi kafedrasi tashkil qilindi. Bu yerda birinchi bo‘lib yadro fizikasi va kosmik nurlar sohasi mutaxassislari tayyorlashga kirishildi. 1957 yilda kafedra qoshida yadro fizikasi va kosmik nurlar muammolari laboratoriyasi tashkil etildi.Uch yil ichida mazkur laboratoriyada 25 MeV energiyali betatron ishga tushildi va bunda gamma-kvantlar bilan turli yadrolar o‘zaro ta’sirlashish kesimini aniqlash bo‘yicha tadqiqotlar olib borildi. Shuningdek Qumbel tog‘ tepasida, dengiz sathidan 3160 m balandlikda stansiya qurilib, unda yadrolarning o‘zaro ta’siri va elektromagnit kaskadlar tavsiflari o‘sha davrda 1011-1012 eV ga teng energiyalar sohasidagi eng zamonaviy usullar bilan o‘rganila boshlandi (Yu.P. Kratenko).
Yangi tashkil etilgan Yadro fizikasi instituti uchun ilmiy xodimlar tayyorlash maqsadida modda tuzilishi kafedrasidan maxsus radiasion fizika kafedrasi ajratib chiqarildi. Modda tuzilishi kafedrasi esa yadro fizikasi va kosmik nurlar kafedrasi deb qayta nomlandi. Endi bu kafedrada quyi energiyalar yadro fizikasi sohasigina emas, yuqori energiyalar fizikasi va kosmik nurlar fizikasi sohasining ham mutaxassislarini tayyorlash boshlandi.
Kafedraning muammolar laboratoriyasidagi fundamental ilmiy tadqiqotlar bilan bir vaqtda O‘zbekiston yadro fizikasi bo‘yicha keng doiradagi amaliy ishlar ham olib borildi. 70-yillarda kafedraning betatron laboratoriyasi qurila boshlandi. Unda 50 MeV energiyali betatron o‘rnatilishi kerak edi. Keyinchalik bu qurilma o‘rnatildi va uning negizida ToshDU ning Amaliy fizika ilmiy tekshirish instituti tashkil etildi. Ushbu institutga uzoq yillar davomida akademik T.M. Mo‘minov rahbarlik qilgan.
Yarim asr davomida kafedrada yadro fizikasi bo‘yicha 15 mingdan ziyod mutaxassis tayyorlandi. Bulardan 300 dan ortiqi ilmiy darajaga ega bo‘lganlar. Shulardan 30 nafari fan doktoridir. Ular O‘zbekistondagina emas, sobiq Ittifoq tarkibida bo‘lgan boshqa davlatlarda ham ishlamoqdalar. U.Gʻ. Gʻulomov, A.A. Abdurazzoqov, R.B. Bekjonov, B.S. Yo‘ldoshev kabi taniqli olimlar ham kafedrani tamomlaganlar.
Turli davrlarda kafedra mudiri lavozimida quyidagi insonlar faoliyat ko‘rsatganlar: akademiklar S.A. Azimov, A.A. Abdurazaqov, R.B. Bekjonov, B.S. Yuldashev, T.S. Yuldashbayev, professor A.M. Muxamedjanov, K.R. Nasriddinov, A.A. Abdumalikov, dotsent Z. Kanokov.
         2005 yilda Yadro fizikasi va Nazariy fizika kafedralari qo‘shilib, yangi Yadro va nazariy fizika kafedrasi tashkil qilindi. 201 yilda O‘zbekiston Respublikasi Prezidentining 2016 yil 11 maydagi “O‘zbekiston Milliy universiteti faoliyatini yanada takomillashtirish chora-tadbirlari to‘g‘risida”gi 2527-sonli qarori ilovasiga asosan yangi “Quyi energiyalar fizikasi” kafedrasi tashkil etilgan. 2017 yil 25 oktyabrdagi universitet №3 sonli Kengashida “Quyi energiyalar fizikasi” kafedrasi nomi “Yadro fizikasi” ga o‘zgartirildi.
O‘zbekiston Milliy Universiteti rektorining 2024 yil 03-oktyabrdagi 01-372 buyrug‘iga asosan kafedralarning maqbullashtirilishi natijasida yangi tashkil qilindi. Kafedra mudiri lavozimiga fizika-matematika fanlari doktori, professor, Polvonov Satimboy Rajapovich saylandi.
Hozirgi kunda kafedrada yadro fizikasi va astronomiyasining dolzarb masalalari bo’yicha nazariy va eksperimental tadqiqotlar olib bormoqda. Kafedra mamlakatdagi yetakchi ilmiy markazlar: O’zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasining Yadro fizikasi instituti, O’zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasining Fizika-texnika instituti, O’zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasining Astronomiya instituti va O’zbekiston Respublikasi Sog’liqni saqlash vazirligining Respublika ixtisoslashtirilgan onkologiya va radiologiya ilmiy-amaliy tibbiyot markazlari bilan yaqin ilmiy aloqalarni o’rnatgan. Bundan tashqari, Rossiya, Janubiy Koreya, Germaniya va boshqa mamlakatlardagi xalqaro ilmiy markazlar bilan aloqalar o’rnatilgan va qo’shma tadqiqotlar olib borilmoqda.
Hozirgi kunda kafedrada 4 ta fan doktori, 3 ta fan nomzodi va 3 ta fan doktori ishlaydi.
         Kafedrada quyidagi mutaxassisliklar bo‘yicha magistratura mavjud: 70530502 – Yadro fizikasi va texnologiyasi, 70530507 – Tibbiy fizika, 70530701 – Astronomiya. Kafedrada shuningdek,
01.03.02 – Kosmos fizikasi va astrofizika ixtisosligi bo‘yicha Ilmiy darajalar beruvchi DSc.03/2025.27.12.FM.01.05 raqamli Ilmiy kengash faoliyat olib bormoqda