Thuật ngữ "hóa lý" được Mikhail Lomonosov đặt ra năm 1752, khi ông trình bày một bài giảng mang tên "Một khóa học trong hóa lý" (tiếng Nga: «Курс истинной физической химии») trước các sinh viên của Đại học Petersburg.[9] Trong phần mở đầu của những bài giảng này, ông đưa ra định nghĩa: "Hóa lý là khoa học phải giải thích theo các điều khoản của thí nghiệm vật lý lý do cho những gì đang xảy ra trong các bộ máy phức tạp thông qua các hoạt động hóa học".

Hóa lý hiện đại bắt nguồn từ những năm 1860 đến 1880 với công việc nghiên cứu nhiệt động hóa học, điện giải trong các dung dịch, động học hóa học và các môn học khác. Một cột mốc quan trọng là ấn phẩm năm 1876 của Josiah Willard Gibbs trong bài viết của ông, Về trạng thái cân bằng của các chất không đồng nhất. Bài viết này đã giới thiệu một số nền tảng của hóa lý, chẳng hạn như năng lượng Gibbs, thế năng hóa học và quy tắc pha của Gibbs.[10]

Tạp chí khoa học đầu tiên đặc biệt trong lĩnh vực hóa lý là tạp chí Đức, Zeitschrift für Physikalische Chemie, được Wilhelm Ostwald và Jacobus Henricus van 't Hoff lập ra năm 1887. Cùng với Svante August Arrhenius,[11] đây là những nhân vật hàng đầu về hóa lý vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20. Cả ba đều được trao giải thưởng Nobel về hóa học trong khoảng thời gian từ năm 1901 đến 1909.

Những phát triển trong những thập kỷ sau bao gồm việc áp dụng cơ học thống kê vào các hệ thống hóa học và hoạt động trên chất keo và hóa học bề mặt, nơi Irving Langmuir có nhiều đóng góp. Một bước quan trọng khác là sự phát triển của cơ học lượng tử thành hóa học lượng tử từ những năm 1930, trong đó Linus Pauling là một trong những tên tuổi hàng đầu. Sự phát triển lý thuyết đã đi đôi với sự phát triển trong các phương pháp thí nghiệm, trong đó việc sử dụng các hình thức quang phổ khác nhau, như quang phổ hồng ngoại, quang phổ vi sóng, cộng hưởng điện từ và phổ cộng hưởng từ hạt nhân, có lẽ là sự phát triển quan trọng nhất của thế kỷ 20.

Sự phát triển hơn nữa trong hóa lý có thể được quy cho những khám phá về hóa học hạt nhân, đặc biệt là sự phân tách đồng vị (trước và trong Thế chiến II), những khám phá gần đây hơn về hóa học,[12] cũng như sự phát triển của các thuật toán tính toán trong lĩnh vực "phụ gia tính chất hóa lý "(thực tế tất cả các tính chất hóa lý, chẳng hạn như điểm sôi, điểm tới hạn, sức căng bề mặt, áp suất hơi, v.v. - gồm hơn 20 tính chất - có thể tính chính xác từ tất cả các cấu trúc hóa học, ngay cả khi phân tử hóa học không được phân rã), tại đây nảy sinh tầm quan trọng thực tế của hóa lý đương đại.