Первые исследования, связанные с явлением радиоактивности на физико-математическом факультете МГУ приходятся на начало 20 века - в 1908 – 1910 профессор И.А. Каблуков пишет обзорную статью «Радиоактивные вещества», отзывы на только что изданные книги Ф. Содди «Радий и его разгадка» и М. Кюри «Traite de radioactivite». В 1913 – профессор Вл.И. Спицын, брат академика В.И. Спицына, открывает первый «радиоактивный» практикум.
В 1929 в результате структурных измерений в МГУ создается химический факультет и в его составе - лаборатория радиоактивных веществ.
В связи с работами по атомному проекту, в 1944 по инициативе И.В. Курчатова и В.И. Спицына на кафедре неорганической химии на базе лаборатории радиоактивных веществ создается специализированная лаборатория, заведующим которой становится будущий член-корреспондент АН СССР В.В. Фомин (1909-1979).
Для этого по распоряжению Наркомпроса В.В. Фомин был отозван из армии и назначен доцентом кафедры неорганической химии химфака МГУ. Основными задачами лаборатории стали синтез и исследование свойств соединений урана и чтение курса радиохимии. 
В 1959 лабораторию радиохимии возглавил будущий член-корреспондент Ан.Н. Несмеянов (1911-1983) и в этом же году лаборатория радиохимии кафедры неорганической химии преобразуется в самостоятельную кафедру. Ан.Н. Несмеянов руководил кафедрой радиохимии вплоть до своей кончины в 1983 году.
В 1984 происходит объединение кафедр радиохимии и химической технологии, заведующим объединенной кафедрой становится академик АН СССР В.А.Легасов (1936-1988), лауреат Ленинской и Государственной премий, посмертно удостоенный звания герой России. Одновременно с руководством объединенной кафедрой радиохимии и химической технологии, он является заместителем директора Института атомной энергии им. И.В. Курчатова (ныне НИЦ «Курчатовский Институт») и членом Президиума АН СССР.
После ухода из жизни В.А. Легасова, кафедра радиохимии вновь становится самостоятельным структурным подразделением химического факультета МГУ, которое возглавил профессор В.М. Федосеев (р.1932) - заслуженный деятель науки РФ, видный специалист в области  радиохимии,  органической химии и  радиобиологии.
С 2010 года заведующим кафедрой радиохимии становится профессор С.Н.Калмыков (р. 1974) – специалист в области радиоактивности окружающей среды, поведения актинидов и продуктов деления, а также ядерной медицины.

Член-корреспондент
Андрей Николаевич Несмеянов
заведующий кафедрой радиохимии
с 1959 по 1983 годы

Академик
Валерий Алексеевич Легасов
заведующий объединенной кафедрой радиохимии и химической технологии
с 1984 по 1988

Профессор
Владимир Михайлович Федосеев
заведующий кафедрой
с 1989 по 2010 годы

Профессор
Степан Николаевич Калмыков
заведующий кафедрой
с 2010 года