理学院的前身是基础课部，组建于1964年。2000年1月，改部设系，成立信息科学系，并于当年开始招收信息与计算科学、网络与多媒体技术专业学生。2001年，开办电子信息科学与技术专业。2002年，增设应用物理学专业。2003年3月，组建理学院，同年，获批物理电子学硕士学位授权点。2005年，开办数学与应用数学、光信息科学与技术专业。2011年，获批光学工程一级学科硕士学位授权点。2012年，光信息科学与技术专业调整为光电信息科学与工程专业。2022年，开办数据计算及应用专业。2024年，获批数学一级学科硕士学位授权点。

目前，学院有信息与计算科学、光电信息科学与工程、应用物理学、数据计算及应用4个本科专业，其中，光电信息科学与工程、信息与计算科学、应用物理学为陕西省一流本科专业建设点。设有2个硕士学位授权一级学科（光学工程、数学）和1个专业硕士学位授权点（电子信息-光电信息工程领域）。有本科生905人、硕士研究生164人。

学院师资力量雄厚，教风严谨。共有教职工127人，其中教授9人、副高职称教师44人，具有博士学位教师85人。拥有陕西省级教学团队2个、陕西省高校青年科技创新团队2个、校级科研创新团队4个、陕西省教学名师1人、陕西省“三五”人才1人、陕西省特支计划——青年拔尖人才1人、陕西省青年科技新星3人、陕西省青年杰出人才支持计划2人、陕西高校“优秀青年人才支持计划”1人、西安石油大学青年拔尖人才4人、青年骨干教师10人，省级党建“双创”工作样板支部1个，校级党建“双创”工作样板支部2个。学院曾获学校人才工作先进单位。

学院设置有高等数学教学部、工程数学教学部、大学物理教学部、应用数学系、应用物理系、物理实验中心等6个教学机构。物理实验中心、光电信息科学与工程专业实验室是陕西省省级实验教学示范中心。承担全校本科生、研究生、留学生数学、物理公共基础课，学院本科专业基础课和专业课、硕士学位授权点专业课等课程的教学任务。

学院高度重视教育教学改革与实践。近年来先后承担省部级、厅局级教改项目20余项，获省部级、厅局级教学成果奖10余项，光信息科学与工程教学团队和大学物理教学团队获批陕西省级教学团队。《大学物理》《物理实验》《概率论与数理统计》3门课程为省级一流课程，《高等数学》《电磁学》等7门课程建成了校级一流课程和在线开放课程，获批4门课程思政示范课程。教师指导学生获全国研究生数学建模竞赛一等奖、全国大学生光电设计大赛、全国大学生数学建模竞赛等学科竞赛奖励20余项。

学院高度重视科研工作。现有陕西省油气井测控技术重点实验室、陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心、CNPC测井重点实验室——油藏光纤动态监测研究室3个省部级科研实验室，总面积约800m²。物理学科有光纤传感技术及应用、光电子技术与器件、光电检测、光电功能材料、激光技术及应用等研究方向。数学学科有不确定性推理、智能信息处理、图与数论、最优化、油藏数值分析等研究方向。先后承担了国家863、国家自然科学基金等科研项目50余项。近年来获得国家科技发明二等奖1项，陕西省科学技术一等奖1项，陕西省技术发明一等奖1项，陕西省科学技术二等奖2项，获陕西省高等学校科学技术二等奖10项。获得发明专利50余项，发表学术论文340余篇，其中SCI、EI收录近180篇。2008年，光纤光栅传感技术科研团队获全国“五一”劳动奖状。（截止2025年5月6日）