物理学院由物理系、近代物理系、光学与光学工程系和天文学系组成。著名物理学家严济慈、赵忠尧、施汝为、钱临照、马大猷、吴有训、彭恒武、钱三强、朱洪元等曾在各系担任重要职务并执教多年。现任院长为欧阳钟灿院士。现有教职工246人，其中中科院院士10名，教授95人，博士生导师88名，副教授81人，国家级教学名师3名，教育部长江学者5名，国家杰出青年基金获得者21名，中科院“百人计划”30名。学院设有“严济慈大师讲席”和“赵忠尧大师讲席”，并聘请国内外近百名学者为兼职和客座教授。

物理学院内建有国家重点实验室1个（核探测与核电子学国家重点实验室）、中国科学院重点实验室3个（量子信息重点实验室、基础等离子体物理重点实验室、星系与宇宙学重点实验室），省级重点实验室2个（光电子技术重点实验室、物理电子学重点实验室），同时，学院还紧密依托合肥微尺度物质科学国家实验室、国家同步辐射实验室开展科学研究。物理学院的学科领域涵盖物理学、天文学、电子科学与技术、光学工程4个一级学科，包含光学、凝聚态物理、理论物理、粒子物理与原子核物理、等离子体物理、原子分子物理、天体物理、物理电子学、微电子与固体电子学、光学工程等10个二级学科。物理学为国家一级重点学科，天体物理为国家二级重点学科，物理电子学、光学工程为省级重点学科。

物理学院以培养从事前沿和交叉科学的基础研究、应用研究和研制开发的领军人才为目标，注重对学生的物理素质和创新精神的培养。学院的物理学和天文学均为国家理科基础科学研究和教学人才培养基地，物理实验教学中心为国家首批国家级示范教学中心。本科生前期主要进行系统的基础理论教学和严格的实验动手能力训练，后期学生可根据自己的志趣和能力分别在10个二级学科范围内自主选择专业。学院的本科毕业生约80%进入国内外大学或研究院所攻读研究生学位。多年来，物理学院所属各系已经培养了一大批不同领域的杰出人才，包括10名中国科学院和中国工程院院士，多名从事国防事业的将军，以及活跃在国际科学研究前沿的年轻学者。

物理学院积极参与国家基础研究领域的重大研究课题以及大科学工程建设，承担了大量的国家自然科学基金、“863”、“973”、“211工程”、“985工程”和中科院“知识创新工程”等科研项目。学院每年发表科学论文约400篇，2002-2007年6年间，在物理学重要的国际学术期刊《物理评论快报》上共发表150多篇，其中以第一作者单位68篇，居国内物理学教学和研究单位之首。2002年以来，学院有两项成果获国家自然科学二等奖；有10项成果16次入选国际物理学重大年度进展、国家科技部年度基础科学研究十大新闻和中国高校科技十大进展。