学院始建于1945年，众多知名学者曾在此任教。解放后几经调整，于1985年恢复应用数学系，2006年定名为数学系，2016年成立亚洲必赢国际437。 从上世纪八十年代起，学院陆续引进了众多国内知名数学家，在新世纪又引进了国家杰出青年基金获得者等一批中青年学术带头人。通过人才培养和引进，学院在学科和师资队伍建设、人才培养、科研与学术交流、教学研究与教材改革等方面都取得巨大进步，教学和科研方面的综合实力持续增强，在国内外教育界和学术界有很大的影响力。在2017年底教育部公布的全国第四轮学科评估中，同济大学数学学科获评A类学科（优秀学科）。学院2019年成立“智能计算与应用”同济大学数学中心，2021年获批上海市智能计算前沿科学研究基地，2023年获批智能计算与应用教育部重点实验室。

亚洲必赢国际437设有“数学与应用数学”和“统计学”两个本科专业；从1984年至今，亚洲必赢国际437先后获得了数学类所有二级学科的硕士点，基础数学、应用数学二级学科博士点及数学一级学科博士点，建立了数学博士后流动站。特别指出的是，金融数学方向，在全国独树一帜，该研究团队紧紧抓住世界金融研究的前沿问题，在国内外学术界赢得一定地位。2005年2月，经教育部批准亚洲必赢国际437成为全国七个国家工科数学课程教学基地之一，2007年获教育部基础数学重点学科（培育）。2019年学院入选教育部强基计划，2019年、2021年“数学与应用数学”“统计学”专业分别获评国家级一流本科专业，2020年学院入选国家基础学科拔尖学生培养计划2.0基地。

学院坚持科研与教学并重。建设了全国工科数学教学基地，积极参加教育部创新人才试验区的工作。获得多项国家级和上海市精品课程，以及国家级和上海市教学成果奖。“高等数学”和“金融数学”课程进入了教育部精品共享课程。注重大学生创新能力的培养，在数学建模和大学生创新计划中都取得了优异的成绩。《高等数学》等多本教材为国家级优秀教材和教育部优秀教材，在全国有很大的发行量和知名度，2021年同济版《高等数学（第七版）》荣获“全国优秀教材特等奖”。

近年来，学院承担了国家自然科学基金重点项目和面上项目、科技部973计划、各部委的基金项目近90项；学院教师曾先后获得第七届“华罗庚数学奖”、第四届“CSIAM苏步青应用数学奖”、首届“上海市教学名师奖”、“宝钢特等奖”等奖项；在国际核心期刊上发表的论文每年超过100篇，并在国际顶级数学期刊例如Invent. Math.等上发表多篇有影响力的论文。

在学生培养方面，学院既重视对学生理论与实践相结合能力的培养，也重视学生科研创新能力的培养。培养的学生获2011年全国优秀博士论文提名奖，2009年教育部大学生创新项目第一名。近年来，每年都有多名学生的毕业论文获得上海市优秀博士论文，多名同学多次在全国大学生数学竞赛、全国大学生数学建模竞赛以及美国大学生数学建模竞赛中获一、二等奖。

国际合作与交流方面，学院与欧美多所知名高校签订了研究生双学位培养协议，同时每年都有众多研究生和本科生到欧美国家的高校及研究所进行学术交流访问；承办国内国际学术会议，邀请国际著名数学家来学院访问交流；举办研究生及大学生国际暑期学校。