Основана в 1966 году на базе кафедры физики твердого тела. Ее первый заведующий - член-корреспондент АН Беларуси, профессор В.Д.Ткачев. С 1979 по 1997 гг. кафедрой заведовал доцент В.Ф.Стельмах, с 1998 по 2002 гг. - доцент И.П.Козлов. В настоящее время кафедрой руководит профессор В.Б.Оджаев.
Кафедра физики полупроводников и наноэлектроники ведет подготовку по специализациям "Физика полупроводников и диэлектриков", "Микроэлектроника", "Новые материалы и технологии". Выпускники получают квалификацию "Физик. Исследователь" или "Физик. Инженер", что позволяет им успешно работать как в научно-исследовательских институтах НАН Беларуси, так и в научных подразделениях промышленных предприятий в качестве организаторов современных наукоемких производств. Кроме фундаментальных знаний по современным направлениям физики полупроводников, микроэлектроники, современным технологиям и перспективным материалам студенты получают знания по инженерной графике, информатике, компьютерной технике, экономике и маркетингу, принципам бездефектного производства.
Основные лекционные курсы по специализациям кафедры: физика полупроводниковых материалов, физика и техника полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, схемотехника интегральных микросхем, электронные процессы в полупроводниках и магнитоупорядоченных средах, физика неупорядоченных и неоднородных структур, неравновесные электронные процессы в полупроводниках, зонная теория кристаллов, равновесные состояния и процессы в кристаллах, кристаллография и динамика кристаллической решетки, низкоразмерные элементы и структуры, электронное материаловедение, системное проектирование интегральных микросхем, инженерная графика, принципы обеспечения надежности и качества продукции и др. На протяжении более 10 лет работает филиал кафедры на научно-производственном объединении 'Интеграл".
Кафедра активно участвует в подготовке кадров высшей квалификации. За время ее существования закончили аспирантуру и защитили кандидатские диссертации свыше 100 человек и 20 человек и стали докторами наук.
В научно-исследовательских лабораториях: физики и техники полупроводников (заведующий - канд. физ.-мат. наук Азарко И.И.), физики электронных материалов (заведующий - канд. физ.-мат. наук Ксеневич В.К.), высокоэнергетичной ионной имплантации и функциональной диагностики (заведующий - Казючиц Н.М.), спектроскопии полупроводников (заведующий - канд. физ.-мат. наук Просолович В.С.), и научных группах по низкоразмерным системам и наноэлектронике профессора Поклонского Н.А. и физики и техники радиоспектроскопии (руководитель группы - канд. физ-мат. наук Стельмах В.Ф.) исследуются и разрабатываются новые технологии целенаправленного управления свойствами полупроводниковых материалов и создания приборов на основе как "классических" полупроводников (кремний и германий), так и многокомпонентных полупроводниковых соединений, углеродных материалов (природный и синтетический алмаз, алмазоподобные пленки, фуллерен).
Ведутся работы по преобразованию и обработке оптоэлектронных сигналов для вычислительной техники новых поколений.
Разрабатываются новые микрокроминиатюрные приборы электронной техники и малогабаритные быстродействующие приборы силовой микроэлектроники. Ведутся работы по созданию уникальных магниточувствительных и опто-электронных материалов и устройств на основе новых принципов атомно-кластерного структурирования углерода. Ряд научных проектов выполняется совместно с зарубежными университетами.
Благодаря установившимся учебно-научным связям с университетами и институтами России, Украины, США, Великобритании, Чехии, Польши, Австрии, Болгарии, Канады, Германии имеются широкие возможности для стажировок, прохождения практики, выполнения дипломных работ, проведения совместных исследований, взаимного обмена студентами и научными сотрудниками.