Korzenie obecnego Wydziału Fizyki i Astronomii sięgają Wyższej Szkoły Pedagogicznej im. Tadeusza Kotarbińskiego. W jej strukturze od 1 listopada 1989 roku istniał Instytut Fizyki, a od roku 2000 Instytut Astronomii, współtworząc Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki. W 2001 roku, po połączeniu Wyższej Szkoły Pedagogicznej z Politechniką Zielonogórską w jeden organizm, obydwa Instytuty stały się jednostkami organizacyjnymi Wydziału Nauk Ścisłych Uniwersytetu Zielonogórskiego. W skład Wydziału Nauk Ścisłych oprócz Instytutu Fizyki (uzupełnionego o Zakład Fizyki Matematycznej będący jednostką Instytutu Matematyki Politechniki Zielonogórskiej) i Instytutu Astronomii wchodził jeszcze Instytut Matematyki powstały w wyniku fuzji Instytutów Matematyki z obu połączonych uczelni.
W 2002 roku władze Instytutu Fizyki złożyły do Centralnej Komisji ds. Tytułu i Stopni Naukowych (w skrócie CK) wniosek o uzyskanie praw doktoryzowania w zakresie fizyki. Wtedy też na wydziale rozpoczęły się dyskusje o podziale Wydziału Nauk Ścisłych na Wydział Matematyki, Informatyki i Ekonometrii oraz Wydział Fizyki i Astronomii. Finałem tych dyskusji było powołanie przez rektora Uniwersytetu Zielonogórskiego, prof. dra hab. Michała Kisielewicza, pełnomocnika rektora ds. utworzenia Wydziału Fizyki i Astronomii, dra hab. Krzysztofa Urbanowskiego, prof. UZ. Przygotowany przez niego wniosek zaakceptował senat Uniwersytetu Zielonogórskiego i po uzupełnieniu o pozytywną decyzję CK w sprawie uprawnień do doktoryzowania, został skierowany do ministra edukacji. Z dniem 16 lutego 2004 roku minister powołał nowe wydziały Uniwersytetu Zielonogórskiego, a pierwsze wybory dziekana Wydziału Fizyki i Astronomii miały miejsce w marcu 2004 roku. Pierwszym dziekanem wydziału na kadencję kończącą się 31 sierpnia 2005 roku został wybrany dr hab. Krzysztof Urbanowski, a funkcję prodziekana objął dr hab. Anatol Nowicki. W chwili powstania wydział prowadził kształcenie na kierunkach studiów: fizyka i astronomia (studia magisterskie), oraz fizyka techniczna (studia licencjackie). W marcu 2004 roku kształciło się na wydziale 229 studentów (138 na kierunku fizyka, 52 na kierunku fizyka techniczna i 39 na kierunku astronomia).
Już w marcu 2004 roku, dr Jarosław Kijak, jako pierwszy pracownik nowego wydziału, otrzymuje stopień doktora habilitowanego nauk fizycznych w zakresie fizyki/astrofizyki, a miesiąc później wydział pomyślnie przechodzi pierwszą akredytację dotyczącą jakości kształcenia na kierunku studiów fizyka. Jesienią 2004 roku na wydziale rozpoczęto przygotowywanie wniosku do Centralnej Komisji o przyznanie uprawnień do nadawania stopnia naukowego doktora nauk fizycznych w dyscyplinie astronomia, co zostało zwieńczone sukcesem w maju 2005 roku. W ten sposób, zgodnie z obowiązującą wtedy ustawą „Prawo o szkolnictwie wyższym” wydział uzyskał podstawę do prowadzenia studiów doktoranckich.
Na kadencję 2005-2008 na dziekana został wybrany dr hab. Anatol Nowicki, prof. UZ, a prodziekanem został dr hab. Stanisław Kasperczuk, prof. UZ. W tej kadencji wydział po raz pierwszy został poddany kompleksowej ocenie jakości działalności naukowej (tzw. kategoryzacji) zdobywając, jako jeden z dwóch wydziałów UZ, pierwszą kategorię. Jako ciekawostkę, świadczącą o sile naukowej wydziału, można przytoczyć fakt, że na liście ocenionych jednostek naukowych w grupie „fizyka, astronomia”, na 19 pozycji został sklasyfikowany Wydział Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Zielonogórskiego tuż za Wydziałem Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.
Na kadencję 2008-2012 dziekanem został wybrany prof. dr hab. Piotr Rozmej, a prodziekanem prof. dr hab. Giorgi Melikidze. Podczas tej kadencji, w 2010 roku na wydziale podjęto decyzję o przeniesieniu uprawnień do nadawania stopnia doktora nauk fizycznych w dyscyplinie fizyka posiadanych przez Instytut Fizyki na Wydział Fizyki i Astronomii. W tym samym roku miała miejsce kolejna kategoryzacja jednostek naukowych, podczas której wydział uzyskał drugą kategorię, plasując się na 22 miejscu w grupie „fizyka, astronomia”. Pod koniec wiosny 2012 roku wydział przygotował wniosek do CK o przyznanie uprawnień do nadawania stopnia naukowego doktora habilitowanego w dziedzinie nauk fizycznych w dyscyplinie astronomia.
Na kadencję 2012-2016 dziekanem został wybrany prof. dr hab. Giorgi Melikidze, a prof. dr hab. Andrzej Drzewiński objął funkcję prodziekana. W pażdzierniku 2012 roku pierwszy obcokrajowiec (Sneha Honnappa z Indii) otrzymał przed Radą Wydziału Fizyki i Astronomii stopień doktora nauk fizycznych w dyscyplinie astronomia. W kolejnych latach jeszcze siedmiu obcokrajowców uzyskało na naszym wydziale stopień doktora, zarówno w dyscyplinie fizyki, jak i astronomii. Także bardzo dużej intensyfikacji uległa współpraca z innymi uniwersytetami w Europie i Azji, czego efektem był przyjazd kilkudziesięciu studentów w ramach programu Erasmus.
Kiedy pod koniec 2012 roku, na mocy decyzji CK, wydział otrzymał pierwsze uprawnienia habilitacyjne, były to wówczas dopiero piąte uprawnienia do nadawania stopnia doktora habilitowanego na Uniwersytecie Zielonogórskim. Podczas kolejnej kategoryzacji w 2013 roku wydział otrzymał kategorię naukową A, lokując się na ósmej pozycji w grupie 26 jednostek jednorodnych ze względu na dziedzinę badań (fizyka i astronomia). Warto zauważyć, że według kryterium osiągnięć naukowych i twórczych wydział zajął wysokie 4 miejsce. W 2015 roku wydział rozpoczął prace nad wnioskiem do CK o uzyskanie uprawnień do nadawania stopnia naukowego doktora habilitowanego w dziedzinie nauk fizycznych w dyscyplinie fizyka, aby ostatecznie otrzymać te uprawnienia w marcu 2016 roku (12 lat po utworzeniu wydziału).
Na kadencję 2016-2020 dziekanem został wybrany prof. dr hab. Andrzej Drzewiński, a prodziekanem został dr hab. Jarosław Kijak, prof. UZ. W czasie tej kadencji Wydział Fizyki i Astronomii, na mocy decyzji Komitetu Ewaluacji Jednostek Naukowych, otrzymał w 2017 roku kategorię A klasyfikując się w czołówce polskich jednostek naukowych o podobnym charakterze. Obecnie dzięki potencjałowi naukowemu pracowników WFA Uniwersytet Zielonogórski posiada uprawnienia do nadawania stopni naukowych doktora habilitowanego oraz doktora w dyscyplinach nauki fizyczne oraz astronomia.
W tych latach wydział nadal starał się pozyskiwać studentów poprzez modyfikacje prowadzonych kierunków oraz tworzenie nowych kierunków i specjalności, mających przygotować absolwenta do funkcjonowania na dynamicznie zmieniającym się rynku pracy. W szczególności, odpowiadając na potrzeby szkolnictwa w województwie lubuskim, po konsultacjach ze środowiskiem oświatowym, na kierunku fizyka została przygotowana i otwarta (od 1.10.2020) nowa specjalność fizyka nauczycielska. Należy wspomnieć, że od kilku lat kierunek fizyka zajmuje czołowe miejsca w rankingu kierunków studiów prowadzonym przez Fundację Edukacyjną Perspektywy.
Po wejściu w życie ustawy Prawo o szkolnictwie wyższym i nauce (tzw. Ustawa 2.0) z dniem 1.10.2018 roku na mocy Uchwały nr 553 Senatu Uniwersytetu Zielonogórskiego z dnia 25 września 2019 JM Rektor powołał od 1 października 2019 roku Radę Dyscypliny Nauki Fizyczne, Radę Dyscypliny Astronomia oraz Wydziałową Radę ds. Kształcenia dla Wydziału Fizyki i Astronomii. Należy podkreślić, że w nowej strukturze instytuty „dyscyplinowe” zostały wyodrębnione jako autonomiczne jednostki odpowiadające przed JM Rektorem za rozwój naukowy danej dyscypliny. Z kolei na wydziałach spoczywa odpowiedzialność przed JM Rektorem za prowadzenie kształcenia oraz monitorowanie jego jakości.
W bieżącej kadencji 2020-2024 na stanowisko dziekana Wydziału Fizyki i Astronomii, a tym samym przewodniczącego Wydziałowej Rady ds. Kształcenia został powołany decyzją JM Rektora prof. dr hab. Andrzej Drzewiński.
