1997年12月在化学系的基础上组建武汉大学化学学院。2000年8月，武汉大学、武汉水利电力大学、武汉测绘科技大学和湖北医科大学合并，成立新的武汉大学。2001年1月，新武汉大学对院系进行学科归并，由合并的四校相关专业组建成武汉大学化学与分子科学学院（简称化学学院）。
武汉大学化学系建系以来，著名化学家王星拱教授、曾昭抡院士曾在化学系任教，对化学学科的发展和学风建设产生了重大影响。化学学院桃李满天下，为国家培养了大批化学业人才和优秀的科技和企业领导骨干。据不完全统计，中国科学院和中国工程院两院院士中有十二位是化学学院的毕业生或教师，其中：曾昭抡、柯俊、彭少逸、陈荣悌、查全性、王佛松、游效曾、江元生、钱保功、卓仁禧十人为中国科学院院士；梁骏吾和张高勇为中国工程院院士。
化学学院现有教职工205人，其中：院士3人，特聘教授2人，教授64人，副教授55人，讲师19人，助教3人。高级工程技术人员10人，工程师（实验师）27人。
该院是国家"211"和"985" 重点建设单位。拥有国家重点学科：分析化学；湖北省重点学科：有机化学、物理化学和高分子化学。有教育部生物医用高分子材料重点实验室；教育部有机硅化合物材料工程研究中心和湖北省两个重点实验室：化学电源材料与技术重点实验室；有机高分子光电材料重点实验室。有国家计量论证合格单位：分析测试中心。1998、1999年，教育部先后批准在化学学院高分子化学与物理、分析化学和与电化学三个学科设特聘教授岗位。
该院下设四个教学单位：化学系、高分子科学系、应用化学系、和学院实验中心。承担全校各专业的化学理论和实验课程。学院本科生教育设四年制化学专业、材料化学与物理专业和应用化学专业。1993年，教育部批准武汉大学化学专业为国家基础科学研究和教学人才培养基地。
该院化学专业为一级学科博士学位、硕士学位授予点，涵盖了物理化学、分析化学、高分子化学与物理、有机化学和无机化学五个二级学科；材料化学与物理和应用化学为博士点；化学工艺为硕士学位授予点。 1985年设立化学专业博士后流动站，接受国内外博士后研究人员。学院接受校外访问学者、进修教师和来自各国的留学生。
该院现有在校本科生736人，其中：基地班200人，材料化学与物理93人，应用化学3人。在校研究生577人，其中：博士生279人，硕士生298人。在站博士后工作人员12人。外国留学生10人。
该院是国家基础科学研究和教学人才培养基地化学专业点之一，积累了较丰富的教学经验，逐渐形成了自己的优势和特色。学院中心实验室的教学改革不断深入,将学院的科研方向和企业的生产难题引入本科生实验，与中国科学院和国外著名大学联合培养本科生，实验室全面向本科生开放，本科生广泛开展科学研究，已经形成我院本科生培养的显著特色。