Nel 1757, sotto il Granduca Francesco Stefano, fu istituita la Cattedra di Chimica. Nel 1907 la Cattedra fu occupata da Raffaello Nasini, padre della Chimica fisica italiana, al quale succedette nel 1929 Camillo Porlezza. Dopo il 1955 il numero delle cattedre salì progressivamente a cinque. Il Dipartimento, istituito nel 1985, ha inglobato i cinque Istituti chimici (Chimica Analitica, Inorganica, Fisica, Organica e Organica Industriale), oltre alla Biblioteca di Istituto. La Collezione Porlezza, attualmente depositata in un magazzino a Ospedaletto, è formata da strumenti provenienti dai laboratori di Chimica, compresi tra fine Ottocento e metà Novecento. Della raccolta fanno parte elettroscopi, microscopi, colorimetri e spettroscopi.