西大物理学科历来具有“重基础、强素质”的人才培养传统。1937年抗日战争爆发后，国立北平大学、国立北平师范大学、北洋工学院等内迁来陕，组建国立西安临时大学。当时，由这三所院校的物理学科合并组建了物理学系，并设立了物理实验室。在半个多世纪的发展历程中，为物理学研究与应用人才的培养起到了重要作用。随着改革开放和国家经济建设的快速发展，1978年全面恢复物理实验室，1981年成立了近代物理实验室，1991年普通物理实验室和近代物理实验室合并成立了物理实验技术教研室。
    1999年，由于招生人数的不断扩大、整修教学实验室3000平方米，将近代物理实验室、光信息与光电子学实验、数模电实验室、材料物理实验室合并，成立了物理实验教研室，将普通物理实验室分离出来，成立了普通物理实验教研室，分别承担物理类专业和非物理类专业的物理实验教学。
    2003年，按照“搭建适合物理学各专业不同层次的物理实验教学平台”的指导思想，将普通物理实验教研室、近代物理实验教研室、光信息与光电子学实验、数模电实验室、材料物理实验室合并，成立了西北大学物理实验教学中心。
    2005年10月西北大学物理实验中心被评为陕西省实验教学示范中心。2008年获准建设“国家级实验教学示范中心”。 2012年顺利通过国家验收。此后，学校和物理实验中心从总体规划、经费保障、师资队伍建设、实验教学改革、实验室管理等方面制定了全方位的政策和举措。
    目前，中心现有专职教师37人，实验技术人员9人，兼职教授4人。其中，高级职称22人，中级职称28人，61%具有博士学位。实验室面积5823平方米，在用固定资产2764台/件，总价值2919万元。下设演示物理实验室、普通物理实验室、近代物理实验室、专业物理实验室、数模电路实验室和研究创新实验室。开设《基础物理实验》、《近代物理实验》、《数模电路实验》、《高级物理实验（专业实验）》等11门实验课程，共可开设各类实验项目347个。面向全校13个院系43个本科专业开设13门物理实验课程。还为研究生开设光学和凝聚态物理方面的实验训练课程。每学年共接待本科生3000余人，年实验人时总数达12万。同时，中心为学生的课外科技实践活动、毕业论文、大学生创新计划项目提供着实验条件保障。
   近年来，中心依托物理学科的教学科研平台以及校内外实践教育资源，逐渐构建了一个反映学校物理学科特色，教学与科研、生产实践紧密结合的研究创新型人才实践训练平台；在实验教学平台建设方面的成果荣获“陕西省教学成果一等奖”，获批“陕西省物理学研究型创新人才培养模式创新实验区”；同时，《基础物理实验》作为陕西省级精品课程、陕西省精品资源共享课程，以“在基础实验教学中开展科研训练的研究性教学模式”为核心，进行了细致的实验教学探索，在物理实验的研究性教学模式方面的研究成果荣获“陕西省教学成果二等奖”。中心立足西部，积极发挥示范辐射作用，尤其是对西北地区地方高校的实验室建设、师资培训、合作交流和资源共享做出了重要贡献。