История кафедры как самостоятельного подразделения ТюмГУ начинается в апреле 1973 г., когда единая кафедра химии химико-биологического факультета была разделена на три новых: органической и биологической химии, неорганической химии, аналитической и физической химии.

Первым заведующим кафедрой органической и биологической химии был к.х.н. Ю.Н. Форостян, которого на этом посту в 1976 г. сменил к.х.н., доцент Л.Г. Суровцев. С 1980 г. заведующим кафедрой становится к.х.н., доцент (с 1987 г. — д.х.н., профессор) А.Я. Юффа. В 1982 г. кафедра органической и биологической химии переименована в кафедру органической химии, ее заведующим до 1997 г. оставался А.Я. Юффа. В 1997-2000 гг. кафедрой заведовал к.х.н., доцент С.А. Паничев. В 2000 г. в ходе структурной реорганизации химического факультета кафедра была преобразована в кафедру органической и экологической химии. В ее состав была включена часть коллектива расформированной кафедры физической и аналитической химии. Заведующим новой кафедрой стала д.х.н., профессор Л.П. Паничева, а с 2005 г. — д.п.н., доцент С.А. Паничев.

В 2011-2013 г. кафедра входила в состав Института математики, естественных наук и информационных технологий (ИМЕНИТ), в 2013-2014 гг. — в состав Институт физики и химии (ИФиХ). С сентября 2014 г. кафедра является частью Института химии (ИнХим), а обязанности ее заведующего исполняет д.п.н., профессор С.А. Паничев.

Основной вид деятельности кафедры — организация и реализация образовательной деятельности по направлению «Химия» на всех уровнях: бакалавриат (профили «Органическая и биоорганическая химия», «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность»), магистратура (магистерские программы «Химия нефти и экологическая безопасность», «Физико-химический анализ природных и технических систем в макро- и наносостояниях»), аспирантура (направленности 02.00.02 «Аналитическая химия» и 02.00.13 «Нефтехимия»), а также преподавание химических дисциплин для студентов нехимических направлений — «Биоинженерия и биоинформатика», «Биология», «Физика», «Техническая физика», «Нанотехнологии и микросистемная техника», Экология и природопользование», «Гидрометорология», «Физическая культура».

Учебные планы, реализуемые кафедрой, разработаны с учетом последних достижений химии и педагогики. В учебном процессе широко используются современные образовательные технологии и технические средства. Кафедра располагает высококвалифицированными и опытными преподавателями. В настоящее время на кафедре работают два доктора наук, профессора (Л.П. Паничева и С.А. Паничев) и 17 кандидатов наук, из которых 11 имеют ученое звание доцента. Остепененность преподавательского коллектива составляет 90 %. Большинство преподавателей кафедры являются ее выпускниками и хорошо знают особенности учебного процесса. Научный руководитель Института химии проф. А.Я. Юффа имеет почетное звание «Заслуженный деятель науки РФ», проф. Л.П. Паничева — «Заслуженный работник высшей школы РФ», проф. С.А. Паничев — лауреат премии Ленинского комсомола в области науки и техники за 1986 г.

Важной особенностью образовательной деятельности является гармоничное сочетание академического обучения и самостоятельной научно-исследовательской работы студентов. Для этого в рамках кафедры созданы учебно-научные центры по хроматографии (руководитель — к.х.н., доцент Н.Ю. Третьяков) и спектроскопии (руководитель — к.ф.-м.н., доцент А.А. Кудрявцев), оснащенные современными научными приборами и оборудованием. Студенты-химики имеют также возможность работать в аккредитованной Лаборатории экологических исследований, действующей на кафедре с 1998 г. На кафедре широко используется такая форма организации учебной работы как студенческие научные лаборатории. Первая из них была организована еще в 1982 г. (рук. — А.Я. Юффа и С.А. Паничев). В настоящее время на кафедре действуют две такие лаборатории — по органическому синтезу (рук. — М.К. Беляцкий) и экологической химии (рук. — Н.С. Ларина).

Кафедра активно сотрудничает с ведущими российскими вузами (МГУ им. М.В. Ломоносова, Омский, Томский и Новосибирский государственные университеты), академическими институтами (Институт катализа СО РАН, Институт химической физики РАН, Институт проблем освоения Севера СО РАН и др.), с западноевропейскими университетами (г. Страсбург, Кобленц-Ландау, Фрайбург). 

С 1980 г. коллектив кафедры занимается выполнением важных научно-исследовательских проектов федерального уровня, систематически получает научные гранты РФФИ, Правительства РФ, участвует в выполнении федеральных целевых программ, ежегодно выполняет многочисленные прикладные исследования по заказам предприятий и организации Тюменского региона сумму 3-4 млн. руб. 

В частности, в 2011-2012 гг. кафедра принимала активное участие в реализации мегагранта «Формирование качества вод и экосистем в условиях антропогенных нагрузок и изменения климата в Западной Сибири», который выполнялся по Постановлению Правительства РФ № 220.

Сложившаяся еще в 1980-х годах под руководством декана химического факультета профессора А.Я. Юффы научная школа «Химия и физико-химический анализ природных и техногенных систем» в настоящее время развивается на кафедре под руководством профессора Л.П. Паничевой. В лаборатории экологических исследований разрабатываются аналитические методики и государственные стандартные образцы (ГСО) для экологического мониторинга, используемые во всех экологических лабораториях России, проводится химический анализ объектов окружающей среды, медицинских препаратов, биопроб, пищевых продуктов с использованием современного оборудования исследовательского класса. В лаборатории нефтехимии и органического катализа разрабатываются высокоэффективные и селективные каталитические системы для реакций органического и нефтехимического синтеза в условиях межфазного и металлокомплексного катализа, перспективные для создания новых технологий нефтепереработки. Результаты научных исследований систематически публикуются в центральных научных журналах «Нефтехимия», «Журнал органической химии», «Кинетика и катализ», «Химия в интересах устойчивого развития», «Российский химический журнал» и др., представляются на конференциях различного уровня. 

Почти все выпускники-бакалавры кафедры, поступают в магистратуру ТюмГУ и ТюмГНГУ. Кафедра дает своим выпускникам высококачественную профессиональную подготовку и поэтому большинство выпускников магистратуры и аспирантуры легко находят себе работу по специальности в организациях и учреждениях Тюменского региона (ОАО "СургутНИПИнефть", ЗАО "ЭСАБ-Тюмень", ФБУЗ "Центр гигиены и эпидемиологии Тюменской области", ООО «Управляющая компания – ТМ», Администрация г.Тюмени МКУ "Леспаркхоз", ООО "ТНСИЦ", ООО "Соровскнефть", ОАО "Гипротюменьнефтегаз" и др.). Конкретными примерами успешных выпускников могут служить к.х.н. А.В. Федоров, ведущий сотрудник международной компании Шлюмберже, к.х.н. А.А. Каюгин, ведущий научный сотрудник Тюменского отделения СургутНИПИ ОАО «Сургутнефтегаз», Л.А. Волкова, начальник лаборатории Антипинского НПЗ.

Институт химии ТюмГУ, в состав которого входит кафедра, является единственным образовательным учреждением в Тюменском регионе, где ведется подготовка химиков-исследователей классического университетского профиля, способных решать сложные нестандартные проблемы в таких актуальных для региона областях как повышение нефтеотдачи, химическая переработка нефти и газа, создание новых наукоемких материалов, экологический мониторинг природных сред. 

В 2001 г. преподаватели кафедры (С.А. Паничев, Л.П. Паничева) по заказу Министерства образования РФ принимали участие в разработке направления «Федеральные экспериментальные площадки по отработке формирования и функционирования элементов системы независимой оценки качества образования» в рамках Федеральной программы развития образования, а в 2003-2004 гг. в разработке заданий по химии для единого государственного экзамена (ЕГЭ). В 2007-2008 гг. кафедра принимала активное участие в реализации общеуниверситетского инновационно-образовательного проекта (ИОП) «Формирование инновационного научно-образовательного комплекса Тюменского университета для обеспечения эффективности природопользования в условиях интенсивного освоения ресурсов Западной Сибири». В рамках этого проекта было приобретено современное научное оборудование на сумму более 20 млн. рублей, которое используется для обеспечения учебного процесса, переносные мультимедийные комплексы, большинство преподавателей и сотрудников прошли курсы повышения квалификации, написан и издан ряд учебных пособий и методических разработок.

В 2009-2011 гг. кафедра, совместно с эколого-географическим факультетом, принимала участие в подготовке и реализации международной магистерской программы «Геоэкологические основы устойчивого водопользования». 

Ежегодно для специалистов Тюменского региона кафедра проводит научно-практический семинар «Современные аналитические методы и приборы» с участием представителей ведущих международных фирм-производителей Agilent Technology, Analytik Jena, Shimadzu, организует консультации и курсы повышения квалификации по работе с современным научным оборудованием. 

Преподаватели кафедры регулярно ведут профориентационную работу со школьниками и участвуют в областных образовательных проектах: школьной научной межрегиональной конференции «Экология жизненного пространства (председатель жюри — Н.С. Ларина) проведение лабораторных и практических занятий в летней экологической школе, организованной при поддержке Департамента науки и образования Тюменской области для школьников г. Тюмени и Тюменской области, организация и проведение занятий по подготовке к областной олимпиаде и Всероссийской олимпиадам по химии школьников г. Тюмени и Тюменской области, проведение занятий по химии в рамках «Академии знаний» для школьников, проведение регионального тура Всероссийской олимпиады школьников по химии, проведение областной олимпиады школьников по экологии, участие в проведении городского конкурса научно-исследовательских работ школьников «Шаг в будущее» (председатель жюри — Лебедева Н.Н.), организация участия школьников 9-10-х классов в работе студенческой лаборатории «Экологическая геохимия» (руководитель — Ларина Н.С.).