化学系是随着理学院的诞生而成立的。1930年，国立同济大学遵照大学组织法，在将医工两科改为学院的同时，为了配合实际需要，开始筹设理学院。1937年，理学院正式成立，化学系也应运而生。首任系主任为理学院院长王葆仁先生兼任。当时化学系准备将学生分为三组：化工组，理论化学组和药物组，但是由于各种原因直到解放时也没有分开。1937年，“八一三”上海战争爆发后，化学系便随学校迁徙。先是到金华，第一班第一学年就是在金华上课的。同年11月，学校搬到赣州，在这里上了一学期课。 1938年7月，随学校搬迁至广西八步，停留了一段时间没有上课，11月再次搬迁至云南昆明。 1939年3月在昆明开课，化学系位于翠湖青年街，住了一年多。1940年10月全部停课搬迁至四川李庄，1941年1月3日开始上课，化学系和理学院一起被安排在南华宫。从昆明到李庄的系主任为顾敬心，时间很短。

1946年3月，在日寇投降后的第二年，化学系随学校一起搬回上海。 理学院院长、化学教授顾葆常先生负责先期联系筹备了全校的接收工作。化学系随理学院一起被安排在其美路(四平路)上的一所日本小学里。此时的系主任为汤腾汉教授，添置了很多仪器，装备实验室，学生都集居在一个大教室里。国共和谈破灭、内战开始后，很多学生积极投入了反内战、争和平的运动。1947年，学校聘请黄衡禄教授为化学系系主任，并增设制造部、化验部。不久，学校又聘请化学教授汪浏先生为理学院院长，教授也是一时上选：汤腾汉先生、张忠先生都是药物界的权威；戴恺生先生、陈苍虬先生、朱镜心先生是各大学的台柱教授；黄有时、黄宇常等都是知名的学者；而且还有巴尔泰等德国教授在此任教。教授阵容的完整，沪上无出其右者。当时同济大学化学系以严谨求实的学风和优良的教学质量蜚声国内，成为众多青年学子敬仰向往的殿堂，并为国家造就了大批化学、化工专家。当年同济大学化学系毕业的前辈校友，如今早已是桃李满园，硕果累累，名闻遐迩，卓然成家了。例如当代著名化学家、中国科学院院士唐有祺教授、卢佩章教授、黄志镗教授、曹楚南教授、邓景发教授、戚正武教授等，就是其中优秀的代表。