哈尔滨工业大学理学院创建于1994年，目前设有数学系、物理系、凝聚态研究所；共计6个本科专业，11个硕士学位授权点，2个一级学科博士授权点和2个博士后流动站，并建有国家重点专业实验室、国家工科数学教学基地、国家教学示范中心、稀土材料工程中心等教学与研究机构。拥有“光学”国家重点学科，该学科为“长江学者”特聘教授设岗学科。理学院现有教职工220余人，各类学生1300余人。
理学院承担着全校六分之一以上的基础课程教学任务，是学校强化基础教育教学的依靠力量。历史上曾涌现出一批在全国有影响的著名专家学者和教学名师，如物理的洪晶教授、皮明嘉教授、刘亦铭教授，数学的吴从忻教授、崔明根教授、王开铸教授等等。
理学院作为学校理科建设主要依托，在基础科学研究方面取得了长足的进步，近年来获得国家自然科学基金及“863”资助项目数量稳步增长，2011年获国家自然科学基金资助项目30多项。近年来，理学院发表的论文数量占全校的1/4左右，其中高水平论文数量占全校的1/2左右。另据2009年美国汤姆森科技信息集团基本学科指标数据库（ESI）统计结果，我校物理、化学学科都进入了世界前1%行列。
近年来，理学院的国际交流活动不断扩大，先后与美国、加拿大、英国、法国、韩国、新加坡、阿根廷、俄罗斯等国大学的相应学院建立了学术合作关系，经常性地邀请一大批国外学者来校讲学。学生的联合培养项目不断增多，每年有40多人次出国交流学习。
从2011年开始，理学院各专业招收的学生全部按“本—硕”连读方式培养。