曾用刊名：《上海铁道大学学报》
《同济大学学报》的前身可追述到1918年。当时的同济医工专门学校在校长阮尚介的提议下编辑出版了学校的第一本学报《同济》，为双月刊，黄胜白任总编辑。《同济》全册分为三个部分：第一部分为内篇，"皆极新学术，所以供专家攻研者，其选材说理不厌高深"；第二部分为外篇，"凡其所说，但求可行，不为高论"，供一般国民阅读；第三部分为杂篇，包括记事、书信及新书介绍等。这本刊物出版后，被国内有关学者誉为"吾济之理想杂志"。在这之后，学校又先后出版过《自觉月刊》、《同济杂志》、《同济医学月刊》等多种学术性刊物。新中国成立后，同济大学于1956年开始编辑出版《同济大学学报》，为自然科学综合性学术期刊，季刊，16开本，1966年被迫停刊，1978年复刊，1995年起改为双月刊，1997年改名为《同济大学学报（自然科学版）》，2001年起改为月刊。
自1956年至2012年底，本刊已出版发行了40卷共300余期，发表了学术论文7600余篇。在这些论文中，不乏有学术大师的力作。如两院院士李国豪先生生前曾多次在本刊发表论文，其中他在学报1994年第4期发表的学术论文至今仍被相关学术研究引用。由于学报所刊登的论文始终保持着较高的学术水平、创新性以及较强的应用价值，所以经常被国内外有关科技人员参考、引用和应用，为促进我国科研发展和学术交流做出了重要的贡献。
本刊近年来通过不断地改革发展与开拓创新，目前已成为一本在我国科学技术领域尤其是在土木工程等城市建设相关学科内颇具学术影响力的学术期刊，是中国自然科学核心期刊和中国科技论文统计源期刊之一，被美国《工程索引》（EI Compendex）及中国核心期刊(遴选)数据库等40多种国内外重要检索系统收录。纸板发行方面，不仅在国内有大量的订户，而且通过中国国际书店向国外发行，并与德国、日本、美国等70余所大学建立有刊物交流关系。网络发行方面，根据国内4个期刊全文网站及本刊网站的不完全统计，2012年网络阅读量超过200万次，论文下载量45万余次。
本刊2002年入选“中国期刊方阵双百期刊”；2003年荣获“第二届国家期刊奖百种重点科技期刊”；2004年荣获“教育部优秀科技期刊一等奖”；2005年荣获“第三届国家期刊奖百种重点科技期刊”；2006年被评为“首届中国高校精品科技期刊”；2007年入选“第六届中国百种杰出学术期刊”；2008年被评为“第二届中国高校精品科技期刊”，入选“2008年中国300种精品科技期刊”；2009年荣获“第四届华东地区优秀期刊奖”；2010年被评为“第三届中国高校精品科技期刊”，入选“2010年中国百种杰出学术期刊”；2011年入选“2011年中国百种杰出学术期刊”，入选“2011年中国300种精品科技期刊”；2012被评为“中国最具国际影响力学术期刊”，入选“2012年中国百种杰出学术期刊”，“第四届中国高校精品科技期刊”，“中国科技论文在线优秀期刊”一等奖。
《同济大学报（自然科版）》多年来为学科建设和学术人才培养做出了重要贡献，其总体水平和学术影响力始终保持在同类期刊前列，近年来论文WEB下载量年均保持在50万次左右。2018年中国科学文献计量评价研究中心报告显示：在我国 429种综合性科学技术期刊中，影响力指数CI（619.735）排名第4，影响因子JIF（1.147）排名第15；在全球范围遴选出的148种综合性科技期刊中，世界学术期刊影响力指数WAJCI（1.268）排名第 57，位列 Q2区。
《同济大学学报（自然科学版）》诚邀国内外新老作者积极向本刊投稿，诚邀国内外专家学者为本刊审稿，诚邀国内外新老读者浏览阅读本刊，诚邀关心本刊的各界人士积极为本刊提出创新发展建议。