Кафедра фізики розпочинає свою історію з 1933 року в складі педагогічного інституту. ЇЇ очолював І.І. Конозенко. Серед перших викладачів кафедри фізики був відомий вчений – професор, член ВУАН В.К. Бернацький, який її очолив у 1937 році. У повоєнний час нею керували професори А.Ф. Самарін (1944-1946), П.М. Зузяк (1976-1982), (1985-2001 ), доценти В.М. Коновалов (1946-1957), A.M.,  Яворський (1952-1966), В.М. Носолюк (1966-1974), І.М. Кучерук (1974-1976), , Є.С. Смолінський (1982-1985), В.І. Солоненко (2001-2009), М.В. Дідовик (2009-2011).

У різний час на кафедрі працювали: проф. Г.Ф. Бушок, доценти Г.Ф.Півень, В.Р. Ляхович, М.Н. Нечипорук, І.М. Кучерук, В.І. Сумський, В.М. Носолюк, В.І. Коновалов, Л.В. Черниш, ст. викладачі: В.І. Кулаков, З.Н. Урман, О.Д. Котенко, С.Ю. Мельник, О.К. Фідря, М.Ю. Чухрій, Е.В. Гріщенко, В.М. Коряк та ін.

1970-1990 pp. характеризувалися значним пожвавленням науково-дослідної роботи. Були засновані науково-дослідні лабораторії з теплофізики (В.М. Андріанов, І.М. Кучерук), з фізики полімерів (В.М. Носолюк), з фізики твердого тіла (П.М. Зузяк, В.І. Сумський), з світло-росіюючих середовищ (Є.С. Смолінський). На базі цих лабораторій було підготовлено ряд дисертацій та створено спеціальний фізичний практикум, отримано близько 20 авторських свідоцтв на наукові розробки.

Одним із енергійних організаторів науково-дослідної роботи був д.ф-м.н проф. Зузяк П.М., автор понад 100 наукових праць, під керівництвом якого на кафедрі упродовж 1975-1991 років виконувалися роботи з господарсько-договірної тематики, а в 1991-2001 роках - з бюджетних тем.

Значний внесок у розвиток методичної думки в Україні зробив д.пед.н проф. Г.Ф. Бушок, який один із перших започаткував науковий підхід до розв’язання питань методики викладання фізики у педвузах. У співавторстві з доц. Г.Ф. Півнем він видав підручник «Курс фізики» в двох частинах (К., 1969; 1972), який витримав три видання, а разом з В.М.Андріановим, В.П. Дущенком, В.М. Носолюком та П.П. Кіричком - посібник "Фізичний практикум" (К., 1965), «Науково-методичні основи викладання загальної фізики «(Рівне, 1999 у співавторстві з Б.С.Колупаєвим), «Дидактичні основи викладання фізики в педвузах» (К., 1978).

Один із досвідчених методистів України доцент М.Н. Нечипорук обладнав зразкову аудиторію для читання лекцій з методики фізики, створив навчальну лабораторію для проведення занять з шкільного фізичного практикуму. Свої пошуки в галузі методики викладання фізики та досвід винахідницької роботи він узагальнив у ряді праць, зокрема у посібнику «Прилади для фізичного експерименту» (К., 1971;разом з В.Т. Черняшевським).

Один із перших в Україні започаткував впровадження комп’ютерів у навчальний процес доц. В.І. Сумський, який розробив кілька десятків програм застосування ПК на лекціях, практичних і лабораторних заняттях.

З 2003 р. по жовтень 2011 р. функціонувала кафедра методики викладання фізики та інформатики, яку очолювали в різні роки доценти Заболотний В.Ф. (2003-2006, 2009-2001) та Сільвейстр А.М. (2006-2009).

В листопаді 2011 р. відбулося об’єднання цих двох кафедр зі спільною назвою – кафедра фізики і методики викладання фізики, інформатики, астрономії. Очолив кафедру д.пед.н., проф. Заболотний В.Ф. Нині на кафедрі працюють доценти: А.М. Сільвейстр, А.І. Білюк, О.В. Мозговий, В.Ф., Яремчук, Н.С. Кравчук, С.М. Рибак, Н.А. Мисліцька, М.В. Дідовик, кандидати наук М.О. Моклюк, Н.Б. Копняк, В.П. Думенко.

Кафедра забезпечує фундаментальну підготовку студентів з курсу загальної та теоретичної фізики, методики навчання фізики, інформатики, астрономії та астрофізики, а також зі спеціальних дисциплін і спецкурсів за освітньо-кваліфікаційними рівнями (ОКР) «бакалавр», «спеціаліст» і «магістр». На кафедрі створена належна матеріально-технічна база, що налічує 11 навчальних і навчально-науково-дослідницьких лабораторій та 3 навчальних кабінети, обладнаних необхідними приладами, установками та засобами вимірювання, контролю і автоматики.

На кафедрі сформовані наукові школи, що успішно здійснюють наукові дослідження. Школу з теорії та методики навчання фізики очолює д.пед.н., к.ф.м.н., відмінник освіти України Заболотний В.Ф. Творчим колективом школи видано мультимедійні посібники навчального призначення (Фізика 7, Фізика – 8, Фізика-9) для супроводу уроків фізики в загальноосвітніх навчальних закладах. У 2006 та 2007 роках науковий колектив під керівництвом Заболотного В.Ф. виборов гранти Вінницької облдержадміністрації за темою «Розробка навчально-методичного комплексу для вивчення фізики засобами мультимедіа», виконується наукове дослідження держбюджетної тематики, опубліковано понад 200 наукових праць.

З наукового напряму функціональної оптоелектроніки та сенсорики створена лабораторія (керівник к.т.н. доц. Яремчук В.Ф.). За час існування лабораторії захищено близько 30 патентів на винаходи та корисні моделі, опубліковано понад 180 праць.

На базі кафедри проводяться міжнародні наукові конференції з астрономії та фізики твердого тіла. У вересні 2011 р. вже втретє проведена Міжнародна астрономічна конференція КАММАК.

Свідченням високого рівня науково-методичної підготовки випускників кафедри є те, що майже всі її викладачі – вихованці ВДПУ. Гордістю кафедри є її випускники, які успішно працювали й працюють на інших кафедрах університету (член-кор. НАПН України Р.С. Гуревич., доценти В.С Гаркушевський., В.В. Атаманюк, М.Ю. Кадемія.), в інших ВНЗ м. Вінниці (доценти С.Г. Авдєєв, В.Х. Касіяненко, М.В. Лисий, А.Д. Слободяник, В.А. Дяков, Б.Г. Іваницький, В.Г. Дзісь). 14 випускників кафедри захистили докторські, більше 50- кандидатські дисертації. Кафедра пишається видатними успіхами член-кор. НАН України, д.ф-м.н., проф. Є.Ф. Венгера, заступника директора Інституту ядерних досліджень НАН України, д.ф-м.н. В.І.Гаврилюка, заступника директора Інституту напівпровідників НАН України, д.ф-м.н. В.Т. Купряшкіна, зав. лабораторії Інституту ядерних досліджень НАН України, д.г-м.н., завідувача ізотопної лабораторії Інституту геології НАН України С.Т. Звольського, проректора з наукової роботи та міжнародних зв’язків, зав. кафедри фізики Ніжинського державного університету, д.ф-м.н. О.В. Мельничука, д.ф-м.н. інституту фізики НАН України О.В. Ковальчука та іншими.

Серед випускників – високі державні посадовці, керівники місцевого самоврядування різних рівнів, діячі освіти і науки (Л.М. Мацера, А.О. Шмігель, І.Я. Косач, С.В. Гончарук, Ф.Ф. Барановський).

Визначних успіхів у навчально-виховній роботі досягли заслужені вчителі України – випускники кафедри Д.М. Власов, Ю.П. Пасіхов (почесний громадянин м. Вінниці), В.С. Сапіга, М.П. Яковенко, відмінники народної освіти І.Л. Володіна, Е.С. Волков, І.О. Ковбасюк, О.Б. Крутенюк, Л.В. Семенюк, О.С. Щербатюк учні яких систематично виборюють призові місця на олімпіадах з фізики.

Кафедра бере активну участь у громадському, культурно-спортивному житті інституту та університету. За результатами роботи у 2011 році кафедра зайняла почесне 2 місце серед 46 кафедр університету. Успішно працюють студентський загально фізичний гурток і декілька проблемних груп. Проводяться засідання науково-методичного семінару. Студентські команди під керівництвом викладачів кафедри (ст. викл. А.Ф. Недибалюк) щорічно займають призові місця у Всеукраїнських олімпіадах з фізики, у Всеукраїнських конкурсах студентських наукових робіт та Всеукраїнських студентських турнірах фізиків.

 Кафедра постійно підтримує зв’язки з ВНЗ, науковими центрами України та близьким зарубіжжям.