理学院成立于1997年11月。从1952年建校初期的基础部、改革开放后的应用数理系到今天的理学院，北航的理科学科已经完成了从纯教学到教学、科研并重的转变。特别是近年来，按照学校"由工程科学技术大学向工程性研究型大学的转变、由以工为主向以理工并重的转变、由多科性向综合性的转变"的发展战略，理学院已经成为北航理科建设的主力军，是学校重点建设和大力发展的单位之一，理学院的建设驶入了跨越式发展的快行道。
目前，理学院设有数学系、数学研究所、物理系、物理研究所、系统与控制科学系、系统与控制科学研究所、凝聚态物理与材料物理研究中心，以及"数学、信息与行为" 教育部重点实验室。北航和美国数学科学院（AIMS）合办的国际期刊"生物与工程数学（MBE）"中方编辑部挂靠在理学院。
理学院师资力量雄厚。现有教职工122名，包括中国工程院院士1人，长江特聘教授2人，全国教学名师奖获得者2人，教授和研究员36人（其中博士生导师23人，外籍教授1人）。60岁以下的一线教师队伍中，约70%的教师具有博士学位。在数学、物理、控制理论、一般力学、材料物理等学科领域形成了一批有特色、有影响的研究方向，承担国家973、863、国家自然基金重点项目等一系列科研项目，取得了包括国家自然科学奖在内的众多科研成果，与国内外几十所高校有长期稳定的学术交流与合作。
理学院现有基础数学、控制理论与控制工程、一般力学与力学基础、材料物理与化学等四个博士授权点，基础数学、应用数学、理论物理、凝聚态物理、材料物理与化学、光学、控制理论与控制工程、一般力学与力学基础等8个硕士点，以及数学与应用数学、信息与计算科学、应用物理学等3个本科专业。2004年理学院招收本科生约180人，招收硕士、博士研究生约110人。
建院以来，理学院依托学科和师资队伍的建设，办学质量日益提高，已经形成高水平的从本科到博士的高级人才培养体系。注重数理基础与综合素质的培养、倡导认真严谨与开拓创新的学风、强调理论与实践相结合，已经成为理学院的办学特色。为国家培养了一批批高水平、高素质的优秀人才。
在新的历史时期，全院师生脚踏实地，团结拼搏，与时俱进，开拓创新，正在为早日实现把北航建设成一所综合性、研究型、具有航空航天特色的"国内一流、国际知名" 高水平大学的战略目标，做出自己有特色的贡献。