本學系前身可追溯自師專時期，民國五十四年台灣省立屏東師專成立，當時五年制普通科學生，到了四年級分組選修，在數理學科方面分為：數理組及生化組，後改為數學組及自然組，本時期主要培養國民小學數理方面師資。

　　自民國七十六年八月本校改制為台灣省立屏東師範學院，成立數理教育學系，下分設數學組及自然組，首任系主任為林濟卿博士，至此我國國民小學數理師資提升至大學程度。民國八十一年八月謝榮藏教授接任第二任系主任，並將系辦公室搬遷至科學館。

　　民國八十三年八月王龍錫教授獲選為第三任系主任，也是本學系第一位經選舉產生之系主任。在王主任任期內，積極籌畫研究所，本校數理教育研究所於民國八十六年八月成立；同時，為使學生之學習更為專精，民國八十六年八月數理教育學系分為自然科學教育學系、數學教育學系，使得原本系所合一的構想，被拆為三個單位。

　　民國八十九年王靜如教授獲選為第四任系主任，任期中規劃成立物理暨地球科學系（即現在的應用物理學系），並規畫將本學系改名應用化學暨生命科學系。

　　民國九十二年李文德博士獲選為第五任系主任，為提昇國小自然科師資素質，積極籌畫研究所，於民國九十四年八月成立碩士班。

　　民國九十五年本學系改名為應用化學暨生命科學系，樊琳教授獲選為第六任系主任，為聚焦師資特色與資源以發展系所特色，規畫將本學系改名化學生物系。

　　民國九十八年本學系改名化學生物系，陳存仁教授獲選為第七任系主任，以系所教育目標推動系務。

       民國一○一年施焜燿教授獲選為第八任系主任，期間辦理系所自我評鑑，評鑑結果為「通過」，規畫將本系改名應用化學系。

      民國一○三年張雯惠教授獲選為第九任系主任，規畫本系於103學年度更名為「應用化學系」相關事宜。