به دنبال تأسیس دانشگاه تربیت مدرس به عنوان اولین دانشگاه تحصیلات تکمیلی تأسیس شده پس از پیروزی انقلاب اسلامی ایران، در سال 1360 دانشکده علوم پایه با راه اندازی رشته‌های ریاضی، زمین‌شناسی، زیست‌شناسی، شیمی و فیزیک آغاز به کار کرد. این دانشکده با همکاری اساتید توانمند و برجسته کشور توانست کادر هیأت علمی بسیاری از دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی كشور را در زمینه‌های مختلف تأمین کند. با افزایش کادر هیأت علمی و پذیرش دانشجو و گسترش رشته‌های مورد نیاز، دانشکده به دانشکده‌های علوم ریاضی، علوم زیستی، فن‌آوری‌های برتر و علوم پایه تبدیل شد. در حال حاضر دانشکده علوم پایه شامل بخش های زمین‌شناسی، شیمی و فیزیک می‌باشد.
بخش زمین‌شناسی با 12 نفر کادر هیأت علمی تمام وقت در چهار گروه پترولوژی، تكتونیك، زمین‌شناسی اقتصادی و زمین‌شناسی مهندسی فعالیت دارد. بخش شیمی با 16 نفر کادر هیأت علمی تمام وقت در چهار گروه آلی، تجزیه، معدنی و شیمی فیزیک فعالیت دارد. بخش فیزیک نیز با 9 نفر کادر هیأت علمی تمام وقت شامل سه گروه فیزیک اتمی مولکولی، فیزیک ماده چگال و فیزیک ذرات می‌باشد.
دانشکده علوم پایه به سرپرستی اعضای هیأت علمی برجسته و همکاری دانشجویان تحصیلات تکمیلی (کارشناسی‌ارشد و دکتری) و همکاران فرا دکتری و کارشناسان و کارکنان توانمند به تولید علم در مرزهای دانش و فن‌آوری‌های نوین در حوزه‌های مختلف علوم پایه می‌پردازد. دانشکده از طریق توسعه پژوهش‌های بنیادی و کاربردی و ایجاد فضای رقابتی علمی نسبت به نیازهای علمی جامعه و صنعت مشغول بوده و تلاش می‌کند با کسب و حفظ برتری علمی خود در کشور، به بهبود و ارتقاء آن در سطح جهانی بپردازد. از شاخصه‌های علمی این ادعا، نشر مقالات کیفی در مجلات معتبر علمی پژوهشی بین‌المللی و کسب رتبه‌های علمی در پایگاه‌های معتبر را می‌توان بیان نمود؛ به‌طوری که هر ساله تعدادی از محققین این دانشکده به عنوان دانشمند توسط مؤسسات علمی بین‌المللی معرفی می‌گردند.