物理与天文学院围绕国际一流、国内领先的目标，结合国内物理学和天文学科发展的现状与趋势，进行顶层设计和布局，面向国家重大需求和重大科学问题开展前沿基础研究与应用基础研究，不断加强科技创新体系建设，聚焦基础前沿研究领域的重要科学问题，科研创新能力持续增强，学科发展水平迅速提高。

目前学院有1个天文系、1个研究中心和5个研究所，同时拥有1个“IFSA 协同创新中心”， 4 个省部级重点实验室、3个基金委创新群体、3个教育部创新团队和3个科技创新团队。近年来，学院牵头各类国家重大重点项目近百项，包括国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大项目、重大科学仪器项目、重点项目、GF重大重点项目等，科研经费到款连续9年过亿。

学院立足科学发展前沿，取得了一批具有国际影响的科研成果：实现了暗物质国际最强限制；首次观测到马约拉纳零能模的自旋禀性；首次发现光子莫尔晶格中波包演化规律；解决激光脉冲超高信噪比单次测量的重大难题；开展了对银河系暗物质分布的精确测量；发展宇宙结构形成的精确测量方法和理论；构建高精度宇宙学探针；针对暗能量和暗物质新物理及天文进行观测检验；提出恒星重金属合成新机制与核物质态方程约束等，相关研究成果发表《科学》、《自然》及其子刊、PRL、APJ 等顶级期刊；获2019年国家自然科学二等奖1 项、2021年未来科学大奖物质科学奖1人、教育部一等奖 3 项、上海市一等奖1项、求是集体奖 1 项。