Утворення і початок наукової діяльності кафедри експериментальної фізики припадають на 1872 рік і обумовлені поділом кафедри математичної фізики філософського факультету Львівського університету. Першим завідувачем кафедри став Томаш Станецький, який її очолював до 1891 року. Розбудова кафедри і поява її теперішніх корпусів у 1897 році пов’язані з ім’ям Ігнаці Тшаска-Закшевського, який був її завідувачем з 1892 по 1920 рік.
У становлення і розвиток фундаментальних оптичних і спектральних досліджень на кафедрі вагомий внесок зробили також Маріян Смолуховський, фізик світової слави, який розпочав свою роботу у Львівському університеті у 1898 р., та Станіслав Лорія, який очолював кафедру від 1927 року аж до закриття Львівського університету в 1941 році, викликаного подіями світової війни. Фізик-теоретик С.Лорія розпочав інтенсивні дослідження флуоресценції, розподілу енергії в емісійних спектрах, поглинання світла парами металів.

Відновила свою наукову і педагогічну роботу кафедра в 1944 році з новим завідувачем В.А.Кучером, і відразу, під керівництвом В.С.Міліянчука, започатковує новий напрямок досліджень з атомної спектроскопії, впливу неоднорідних полів на атомні спектри. В 1945 році з кафедри експериментальної фізики виділяється кафедра загальної фізики. У наступні роки, коли кафедру очолювали Д.Д.Лазебник (з 1947 по 1948 рік), О.І.Андрієвський (1948 і 1949 роки), Н.В.Понирко (з 1949 по 1953 рік), продовжується розширення оптико-спектральних досліджень, освоюються нові методики вирощування кристалів (Ф.М.Алемайкін, Б.О.Белікович), відновлюються дифракційні методи дослідження кристалів (В.П.Цвєтков).
У 1953-1962 роках завідувачем кафедри була Л.К.Клімовська. У ці роки найбільш значні наукові здобутки кафедри пов’язані з дослідженнями спектроскопії кристалів (Л.К.Клімовська, В.Н.Вишневський, О.Б.Лискович), фізики напівпровідників (М.В.Пашковський, О.І.Андрієвський), рентгенометалофізики (В.П.Цвєтков, Н.Ф.Кравцова, Я.Й.Дутчак, Я.М.Захарко, О.Г.Миколайчук), електрофізики (Б.М.Палюх, Р.М.Кушнір), астрофізики (М.С.Ейгенсон, С.А.Каплан). Нові напрямки досліджень дали змогу виділити з кафедри експериментальної фізики кафедру фізики твердого тіла, яка згодом (1963–64) ділиться на кафедри: рентгенометалофізики (завідувач Я.Й. Дутчак), фізики твердого тіла (завідувач А.Ю. Глауберман), фізики напівпровідників (завідувач М.В. Пашковський). Утворення нових кафедр дало можливість сконцентрувати зусилля на підготовці студентів оптико-спектральної спеціалізації.
У 1962–1971, 1974–1977 роках кафедру очолював В.Н.Вишневський (1971–1973 – в.о.зав.кафедри Туркевич Василь Васильович). В цей час розпочинаються дослідження з люмінесценції кристалів, ВУФ-спектроскопії. Розгорнуті в 70-х роках О.Г.Влохом дослідження з нелінійної та параметричної оптики привели до відкриття явища електрогірації. У 1977-1996 роках завідувач кафедри – М.О.Романюк. У 1979 році зі співробітників кафедри утворюється нова кафедра – нелінійної оптики (завідувач О.Г.Влох). У ці роки на кафедрі розпочинаються дослідження з спектроскопії нелінійно-оптичних матеріалів, вивчення зонно-енергетичного спектру твердих тіл, кінетики швидкозмінних процесів, інверсії двозаломлення. У 1996 – 2003 рр. кафедру очолював І.В.Стефанський. З 2003 року завідувачем кафедри є А.С.Волошиновський.

У кадровому відношенні підготовка спеціалістів забезпечується 3 професорами, 2 доцентами, 1 асистентом; 4 працівниками учбово-допоміжного персоналу та 6 працівниками науково-дослідної частини. Серед них заслужений професор Львівського національного університету, Заслужений діяч науки і техніки України М.О.Романюк, заслужений професор Львівського національного університету Волошиновський А.С.
Традиційні тісні наукові контакти кафедра підтримує з львівськими науковими та виробничими організаціями, Інститутом фізики НАН України, Київським національним університетом імені Т.Г.Шевченка та з рядом закордонних інституцій в Дарсбері, Оксфорді (Англія), Гамбурзі (Німеччина), Вроцлаві, Познані, Ченстохові (Польща), Ліоні (Франція), Афінах (Греція), Цюріху (Швейцарія), Мінську (Білорусь), Ризі (Латвія), Санкт-Петербурзі (Росія).
Кафедра експериментальної фізики забезпечує фундаментальну підготовку з оптики кристалів, що дає можливість її вихованцям працювати в сучасних областях фізики, фізичної, оптоелектронної і лазерної техніки. Серед більше як 1300 випускників кафедри є академіки, біля 40 докторів і понад 200 кандидатів наук, директори шкіл, технікумів, заводів. Серед них: М.С. Бродин, І.А. Климишин, П.Г. Іваницький, Ю.П. Гнатенко, А.О. Борщ, Е.В. Соболєв, К.М. Салькова, І.М. Болеста, А.О. Матковський, Й.Д. Набитович, І.І. Половинко, І.В. Кітик, Мацко М.Г., М.М. Ваків, Б.Г. Мицик, Б.В.Андрієвський, О.Б. Лискович, Я.М. Бондарчук та ін. Випусники і аспіранти кафедри працюють у вузах України, зокрема понад 20 осіб у вузах м. Львова: – у Національному університеті “Львівська політехніка”: доц. Мороз Є.Г., доц. Габа В.М., доц. Віблий І.Ф., доц. Токарівський М.В., доц. Кузик М.П., доц. Романюк М.М., доц. Мороз І.Є., доц. Франів О.В. та ін.; у Львівському аграрному університеті: проф. Мягкота С.В., доц. Костецький О.М., доц. Білий Я.М.; у Львівській державній академії ветеринарної медицини: доц.Тернавська С.В.; у Дрогобицькому національному педагогічному університеті: доц. Станько М.Г.; у вузах Івано-Франківська – біля 10 осіб, серед них проф.Чернов Б.О.; у Національному Лісотехнічному університеті України: доц. Вайданич В.І.
Підготовка кадрів велася через аспірантуру, докторантуру та участь викладачів, співробітників та співшукачів кафедри у науковій роботі. Після відновлення роботи кафедри у 1944 році співробітниками кафедри (аспірантами, співшукачами) захищено 13 докторських дисертацій та 76 кандидатських дисертацій.

У різні роки кафедру очолювали:
1872–1891 – професор Станецький Томаш;
1892–1920 – професор Закшевський Ігнацій;
1920–1926 – професор Негруш Роман;
1927–1941 – професор Лорія Станіслав;
1944–1946 – професор Кучер Володимир Антонович;
1947–1948 – доцент Лазебник Дмитро Данилович;
1948–1949 – професор Андрієвський Олександр Іванович;
1949–1953 – професор Понирко Никандр Владиславович;
1953–1962 – доцент Клімовська Любов Костянтинівна;
1962–1971, 1974–1977 – доцент Вишневський Василь Никанорович;
1971–1973 – доцент Туркевич Василь Васильович;
1977–1996 – професор Романюк Микола Олексійович;
1996–2003 – доцент Стефанський Ігор Васильович;
з липня 2003 – професор Волошиновський Анатолій Степанович.

Сьогодні на кафедрі розвиваються такі основні напрями досліджень:
– Оптика нанорозмірних об’єктів
– Нелінійно-оптичні та фотоелектричні властивості фоторефрактивних кристалів
– Випромінювальна релаксація електронних збуджень у діелектричних кристалах
– Спектральна рефрактометрія сегнетоелектричних кристалів.