Кафедра філософії та методології науки була створена у 1962 р. як загальноуніверситетська кафедра філософії природничих факультетів. Згодом кафедра увійшла до структури філософського факультету. У травні 1992 р. кафедра отримала сучасну назву «Кафедра філософії та методології науки».

Першим завідувачем кафедри (1962-1964) був професор Олександр Шугайлін, коло наукових інтересів якого становила філософія природничих наук, математичний апарат теоретичної фізики та його філософське значення, а також історія становлення наукового світогляду.

З 1964 до 1987 рр. кафедру очолювала професор, академік АН ВШУ, заслужений працівник культури України Hінель Костюк, перша жінка – доктор філософських наук в Україні. Під науковим керівництвом H.Т.Костюк захищено 2 докторські і 20 кандидатських дисертацій дослідниками з України, Чехії, Польщі, Монголії і В’єтнаму. Вона є авторкою понад 150 наукових і науково-методичних праць, зокрема, книги «Космос  і життя» (К., 1964), індивідуальної монографії «Проблема сутності життя. Досвід філософського узагальнення деяких аспектів пізнання живого» (К., 1967), співавтором понад 10 колективних монографій, серед яких «Об’єктивна зумовленість і діалектика інтеграції сучасного наукового знання» (К., 1998),  «Інтеграція сучасного наукового знання: методологічний аналіз» (К., 1984).  Під проводом професора Н.Т.Костюк 1980 року був заснований і видавався часопис «Філософські проблеми сучасного природознавства». Вона була редактором 60 номерів цього журналу, на сторінках якого друкувалися праці філософів і науковців-дослідників. Пропрацювавши в університеті майже сорок років і отримавши почесні звання «Заслужений працівник культури УРСР», «Відмінник освіти України», медалі «За доблесну працю», «Ветеран праці», «До 1500-річчя Києва», професор Н. Т. Костюк продовжувала активну творчу діяльність. Вона була стипендіатом державної стипендії «Видатним діячам освіти», мала звання «Майстер декоративно-прикладного мистецтва» за напрочуд гарні вишивані картини, кілька з яких прикрашають читацьку залу філософського факультету. Вже будучи на пенсії, Нінель Трохимівна цікавилась справами кафедри, підтримувала зв’язок зі своїми учнями, колишніми і нинішніми членами кафедри, які і провели її в останню путь на 93 році її життя.

У 1987-1997 рр. кафедру очолювала професор Тетяна Пікашова, коло наукових інтересів якої, як біолога за фахом, було пов’язане з філософією біології та проблемами теоретичного знання («Біологія як теоретична система знання». – К., 1982; «Вирішення проблеми теоретичного знання». – К., 1986), з історією науки і техніки («Основи історії науки і техніки / у співавторстві з Л. О. Шашковою». – К., 1997), де висвітлені певні історичні епохи розвитку наукового пізнання, еволюція пізнавальних процесів та їх змісту, зміна місця й призначення науки, її дисциплінарна структура в конкретний історичний період. Під її керівництвом у 1992-1995 рр. викладачі кафедри працювали в межах міжнародної наукової програми «Трансформація гуманітарної освіти в Україні» (професор Т. Д. Пікашова, доценти В. А. Бугров, Ю. В. Джулай, А. І. Пипич, Л. О. Шашкова, В. Л. Чуйко).

Серед професорсько-викладацького складу кафедри в різні роки були такі видатні науковці, як професори П. С. Дишлевий, О. І. Кедровський, В. С. Лутай, Л. А. Соловей, доценти І. А. Бондарчук, В. Ф. Шевцов, О. І. Яценко та інші.

З 1997 по 2022 рр. кафедру очолювала професор Ірина Добронравова, яка досліджувала філософію та методологію науки (фізики та синергетики), започаткувавши вивчення філософських та методологічних засад синергетики як одного з визначальних напрямів постнекласичної науки, що постає в процесі сучасної глобальної наукової революції. Вона є авторкою індивідуальної монографії «Синергетика: становлення нелінійного мислення» (1990) та розділів у багатьох колективних монографіях, виданих в Україні та за її межами. Також нею опубліковано  понад 80  статей в українських та зарубіжних наукових часописах. У 2017 році нею видана збірка праць «Практична філософія науки». З 2002 року І.С.Добронравова є президентом Українського синергетичного товариства – національної громадської організації, яка об’єднує науковців та викладачів вищої школи, зацікавлених у вирішенні проблем розвитку людства й модернізації українського суспільства на засадах синергетичної парадигми самоорганізації – нової методології пізнання й практики. З 2011 року Українське синергетичне товариство, в якому беруть участь викладачі кафедри, аспіранти та докторанти професора Добронравової, є колективним членом Міжнародного центру системних досліджень імені Людвига фон Берталанфі, а в 2014 році товариство виступило співорганізатором Міжнародної наукової конференції з системних досліджень  EMCSR-2014:  “Civilisation at the Crossroads: Response and Responsibility of the Systems Sciences”. I.С.Добронравова нагороджена орденом Княгині Ольги III ступеня (2009).

З жовтня 2022 року виконуючим обов’язки завідувача кафедри філософії та методології науки призначений кандидат філософських наук, доцент Сергій Петрущенков, який очолив кафедру 1 вересня 2023 р.