上海交通大学化学化工学院前身是1928年成立的交通大学化学系，当时隶属于交大自然科学学院，徐名材教授任第一任系主任。1937年日本侵华上海沦陷，化学系一部随交通大学西迁重庆，其余大部迁入法租界继续办学，于1942年太平洋战争爆发后一度停办。1945年抗战胜利，交通大学搬回上海，化学系重建。1946年，化学工程系成立，苏元复教授任首任系主任。基础研究和应用研究同步发展。之后几年，化学系又增设了有机化学实验室、生物学实验室，学科发展更为全面。交大化学、化工在此期间蓬勃发展，苏元复、顾翼东、曾昭抡、张大煜、吴学周等多位学术大师都曾先后在交大化学系和化工系工作过，培养了钱保功、徐光宪、高小霞、徐晓白、何祚庥、王方定、吴承康、毛用泽、韦潜光、王景堂、徐如人、胡英、关兴亚等一批中国科学院和工程院院士，为新中国建设做出了卓越贡献。

1952年，全国高等教育模仿苏联办学开始院系调整，交通大学化学系全部调往复旦大学，化学工程系全部调出与其他学校化工力量结合创办了华东化工学院（现华东理工大学）。1955年，交通大学再次响应国家号召开始西迁，刚在院系调整后恢复成立不久的化学教研室又随学校主体迁往西安，成为日后成立的西安交通大学基础学科的重要支柱。1956年，上海交大再次重建化学教研室，交大化学在经历了五年多的重大变迁后，至此又开始了一个全新的起点。1957年，物化分析教研室成立，此后二十余年，上海交通大学的化学学科在动荡中逐步恢复和发展，直至改革开放后，迎来了又一次快速发展的历史进程。1979年5月，上海交通大学整合化学教研室、物化分析教研室和高分子材料研究室三支办学力量，正式成立应用化学系，并于同年成立电化学教研室。1984年，应用化学系成立了环境科学与工程研究室和生物科学与技术研究所，并招收环境化工专业和分子生物学专业研究生，此举奠定了两个新兴学科（现环境科学与工程学院、生命科学与技术学院）在交大的迅速发展，展现出交大化学人敢为人先的远见与睿智。1979至1997年，应用化学系的学科布局、科研结构以及人才培养等各方面得到了充分发展，化工学科也逐步得以恢复重建。在此背景下，上海交通大学化学化工学院于1997年正式成立。

学院现设化学系、化学工程系、高分子科学与工程系和化学生物学系四个系，还设有公共仪器设备平台（科研）和基础化学实验中心（教学）。学院拥有化学和化学工程与技术两个一级学科博士后流动站，化学和化学工程与技术两个一级学科博士点，化学、化学工程与技术两个一级学科硕士点；设有化学、化学工程与工艺两个本科招生专业，高分子化学与物理是上海市重点学科。学院建有4个省部级重点实验室/平台，共建4个国家重点实验室，支撑建设变革性分子前沿科学中心。变革性分子前沿科学中心由教育部于2019年12月31日批准设立，定位于世界顶尖的分子科学科研机构，目前为学校直属二级科研机构。

学院坚持理工交叉、基础与应用并重的发展理念，在人才培养、基础理论和工程技术研究领域不断取得佳绩。化学学科和化工学科双双入选国家"双一流"学科建设名单，其中化学学科位列ESI全球前千分之一，跻身 QS全球 50强。