En février 1920, l'Université de Montréal s'affranchit juridiquement de l'Université Laval. La même année, une faculté des sciences propre à l'UdeM voit le jour. Celle-ci englobe entre autres le Département de chimie sciences-médecine, dont la direction est assurée par le père L. J. Morin.

Calqués sur le modèle français, les diplômes octroyés vont du doctorat à la licence, en passant par les attestations et certificat d'études supérieures, et le certificat de P.C.N. (études physiques, chimiques et naturelles).

En 1942, la Faculté des sciences inaugure de nouveaux locaux. Situés avenue du Mont-Royal, ils occupent 2973 m2, soit un contraste saillant avec l'exigüité des installations précédentes. Des salles de cours et laboratoires bien outillés permettent dès lors aux étudiants de parfaire leur formation scientifique.

Les années 1950 et 1960 sont marquées par une soif d'émancipation et de modernisation. Le Département gagne en autonomie par rapport à la Faculté de médecine et complète son réalignement aux normes universitaires nord-américaines. Le corps enseignant gagne également en stabilité et en vigueur, accélérant le développement des programmes de recherche fondamentale. Dans la foulée, en 1958, l'Institut adopte le nominatif qu'on lui connaît aujourd'hui : le Département de chimie.

En 1972, la Faculté des sciences est adjointe à la vaste Faculté des arts et des sciences. La croissance qui avait précédemment modelé le Département laisse maintenant place à la consolidation des acquis et au décloisonnement pédagogique.

Depuis l’automne 2019, le Département de chimie est situé au Complexe des sciences du campus MIL. Ses activités d’enseignement et de recherche se déploient dans des installations à la fine pointe, conçues pour favoriser les échanges et la collaboration entre étudiantes et étudiants, chercheuses et chercheurs et membres du corps professoral issus des disciplines suivantes : chimie, physique, sciences biologiques et géographie.

L'enseignement dispensé à la Faculté des sciences comprend, dès sa création, la préparation aux certificats d'études supérieures et à la licence ès sciences. Les règlements originaux prévoient aussi l'octroi du diplôme de doctorat ès sciences.

Afin d'élargir la gamme des certificats offerts, il est résolu dès 1921 de la création d'une chaire de chimie physique. Cela s'inscrit en marge de la création du certificat de chimie appliquée, qui plus tard prendra le nom de certificat de chimie analytique. La toute 1re cohorte de 3e cycle reçoit ses diplômes en 1922, après soutenance de thèse. En janvier 1933, le Conseil de la Faculté des sciences modifie ses programmes d'études supérieures et crée le diplôme de maîtrise.

Le Département de chimie compte à ses débuts 3 professeurs : le père L. J. Morin, le Dr Baril ainsi qu'Hervé Nadeau. Avec la création des certificats de chimie physique, s'adjoignent successivement, en tant que chargés de cours, Jean Flahaut et Paul Riou. En 1943, Rachel Robert devient la 1re femme à détenir une charge professorale au Département.

Au cours des 1res années, le cumul des fonctions entrave la création d'un corps professoral de carrière pouvant se consacrer à plein temps aux activités du Département. Les activités scientifiques et professionnelles sont dispersées parmi plusieurs départements, facultés ou écoles. Dans les années 1950 et 1960, période d'émancipation et d'expansion, la plupart des chargés de cours disparaîtront au profit de professeurs de carrière à plein temps.

Durant les 20 premières années du Département, les conditions matérielles sont peu adaptées au développement d'activités de recherches. Exception faite du frère Marie-Victorin, les professeurs fondateurs de la Faculté et du Département, tout en étant dévoués et correctement formés pour l'époque, n'avaient pas choisi la voie de la recherche.

Messieurs Riou, Barré et Labarre, à la fois chimistes et pharmaciens, ainsi que monsieur Lortie, sont les premiers professeurs à détenir des doctorats, et donc susceptibles de faire de la recherche.

Les travaux de l'équipe du professeur Barré commencent avec la thèse de Lucien Piché (1940). Les conditions se sont dès lors suffisamment améliorées pour assister à un démarrage sérieux de la recherche. Dès 1945, plus de 12 chercheurs étudient des problèmes d'actualité.

Avec le développement d'un corps professoral de carrière à plein temps, cette composante de la vie du Département connaît une explosion qui permet de le placer parmi les grands centres de recherche en chimie au pays.

Fondé par des chimistes organiciens, le Département maintient encore aujourd'hui cette tradition, une partie importante des travaux de recherche étant orientée vers des molécules organiques. La chimie physique, la spectroscopie et la chimie théorique figurent aussi au nombre d'un autre ensemble important de travaux de recherche effectués au Département. La chimie analytique, la diffraction des rayons X et la chimie inorganique forment l'autre secteur important du Département.