中国计量学院理学院的前身是学校基础部，负责学校的基础课教学工作。 1998年成立基础科学教育分院，全面负责中国计量学院一、二年级学生的教育管理工作和学校绝大部分公共基础课的教学。2000年成立文理学院，开始招收法学专业学生，同时着手筹建信息与计算科学、数学与应用数学、应用物理学、英语、汉语言文学等相关专业。随着学院规模的扩大，法学院、人文学院、外国语学院、军事体育部先后从文理学院分离出来，至2003年12月，中国计量学院理学院正式成立。
中国计量学院理学院现有5个学科：应用数学学科、计算数学学科、运筹与控制论学科、概率与数理统计学科、凝聚态物理学科。其中应用数学学科为硕士点学科和博士点培育学科。
学院现设2个系1个中心：数学系、物理系和实验中心。设有3个专业：数学与应用数学、信息与计算科学、应用物理学。
理学院拥有一支教学经验丰富、理论基础扎实和科研能力强的教师队伍。现有专职教师 70余人，高级职称比例达38%以上（教授12人、副教授16人）；研究生比例达96%（具有博士学位者28人、在读博士13人）。分院教师有1人荣获全国“五一”劳动奖，4人入选浙江省“151”人才。
近两年，理学院承担和参与国家自然科学基金8项，其中今年成功申报国基金4项；省自然科学基金2项；省科技厅计划项目和省教育厅基金6项；发表论文100余篇，其中三大检索近40篇。
