Кафедра теоретической и ядерной физики образована в 2011 году на базе кафедры теоретической физики и международной кафедры ядерной физики, ядерной энергетики и технологии физического факультета.

Кафедра теоретической физики является одной из старейших кафедр физического факультета КазНУ. Она была основана в 1938 г. основоположником научного направления по термодинамике в Казахстане профессором А.А.Гухманом. Дальнейшее становление и развитие кафедры тесно связано с научно-педагогической деятельностью доцента Н.М.Петровой – ученицы выдающегося советского физика-теоретика В.А. Фока. Она приехала из Ленинграда в 1939 г. и руководила кафедрой с 1945 по 1970 годы. С ее научной деятельностью связано одно из основных научных направлений кафедры – проблема движения тел в общей теории относительности (ОТО).

В 1955 году на кафедре стал работать Г.Ж.Мурзагалиев, с 1959 года - Т.М.Кучина, в 1962 году преподавательский состав пополнился З.А.Гольдбергом, с приходом которого возникло новое научное направление - нелинейная акустика. Другое научное направление, связанное с ядерной тематикой, стало развиваться на кафедре, начиная с 1969 г., с приходом на кафедру М.А.Жусупова и Т.А.Кожамкулова.

В 1970 году заведующим кафедрой теоретической физики становится ученик академика В.А.Фока – М.М.Абдильдин, под научным руководством которого происходит дальнейшее успешное развитие научного направления по теории относительности и гравитации. В декабре 1982 года Приказом Минвуза СССР Казахский госуниверситет им. С.М.Кирова назначается головным ВУЗом по проблеме движения тел в общей теории относительности. С 1971 года вел преподавательскую деятельность специалист в области элементарных частиц и теории поля Ю.В.Ливенцов. С 1981 по 1986 гг. кафедрой руководит Т.А.Кожамкулов, с чьим именем на кафедре связано возникновение нового научного направления по квантовой хромодинамике. С 1986 по 2008 гг. кафедрой заведовал М.М.Абдильдин, с 2008 по 2011 гг. М.Е.Абишев.

В 80-е годы научный потенциал кафедры еще более возрастает. Защищают докторские диссертации по теоретической физике М.М. Абдильдин (1985), Т.А. Кожамкулов (1986), начинают преподавательскую деятельность молодые кандидаты наук, выпускники кафедры М.С. Омаров, Н.А. Буркова, О.И. Имамбеков, Т.Д. Каипов, К.А. Жаксыбекова, в 1985 году на кафедре начинают работать специалисты в области квантовой теории поля М.С. Имашев, А.М.Кусаинов и по совместительству специалист по релятивистской космологии д.ф.-м.н., профессор Т.С.Кожанов. С 2002 по 2006 гг. на кафедре преподавал специалист по квантовой теории поля профессор В.И. Руськин.

В 2003 году М.М. Абдильдин избран академиком НАН РК. С 1988 по 1991 гг. он являлся ректором университета. Профессор Т.А. Кожамкулов в 1994 году избран академиком Международной Академии Наук Высшей Школы, в 2008 году избран академиком НАН РК, с 2001 по 2008 гг. – ректор КазНУ им. аль-Фараби. В 2007 году Н.А.Буркова и К.А.Жаксыбекова, а в 2009 году – М.Е. Абишев, защитили докторские диссертации. В 1998 году специалист в области теории ядра С.К.Сахиев защитил кандидатскую, а в 2008 году докторскую диссертацию. В 2004 году стали кандидатами наук Ф.Б. Белисарова, Н.А. Бейсен, А.А. Комаров и А.Г. Мурзагалиева. В 2008 году кафедра выпустила первого доктора PhD – Т.Р. Мырзакул, в 2009 году PhD-диссертации защищают К.А. Бошкаев и Ж.Н. Бришева, в 2010 году - А.М. Жусупов, 2011 году – А.С. Таукенова.

Кафедра ядерной физики являлась преемницей кафедры экспериментальной физики, которая была основана в 1938 году доцентом Л.Н.Добрецовым, руководителем работ по научной проблеме “Электрические явления на поверхности металла”. С 1946 по 1961 гг. кафедрой экспериментальной физики заведовал профессор В.В.Чердынцев – крупный специалист в области физики изотопов, радиохимии и ядерной физики. В 1958 году при кафедре была организована проблемная лаборатория космических лучей и ядерных процессов в земной коре. Кафедрой в свое время заведовали доценты: Л.И. Шмонин, У.Х. Асылбаев, член-корр. АН РК, профессор Д.К. Каипов.

В 1959 году кафедра была разделена на две кафедры: радиоактивных излучений (заведующий кафедрой профессор В.В. Чердынцев) и ядерной физики (заведующий кафедрой академик Ж.С. Такибаев). Работы доцентов Л.И. Шмонина, У.Х. Асылбаева, Е.И. Исабаева, Н.С. Страшникова, Л.В. Козака, Н.Б. Кадырова имели основополагающее значение для возможности практического использования методов, основанных на эффектах взаимодействия радиоактивного излучения с веществом, для развития систем контроля и автоматизации различных процессов. Основным научным направлением кафедры радиоактивных излучений с 1960 года было исследование рассеяния и поглощения радиоактивных излучений в горных породах.

Под руководством академика Ж.С. Такибаева (1981-1991гг.) проводились исследования кварк-глюонной структуры ядра, изучаются проблемы, связанные с механизмом соударения сильно взаимодействующих частиц, их структурой, составом атомного ядра с помощью метода ядерных фотоэмульсий. Кроме того, выполняются исследования в области возобновляемых источников энергии и нетрадиционных способов ее получения.