Il primo nucleo della Biblioteca di Fisica venne costituito dal ricco e consistente fondo di 160 volumi circa -di cui 59 antichi e oltre un centinaio rari e di pregio- che appartenevano a Giuseppe Domenico Botto (1791-1865), Professore di Fisica sperimentale all'Università di Torino dal 1828. L’attività scientifica di Botto si concentrò su argomenti rilevanti per l’epoca: effetti magnetici, termici e chimici delle correnti elettriche e ad induzione. I volumi della sua biblioteca personale furono donati all’Università dal nipote Giambattista Botto, come testimoniato dagli ex libris. Il fondo è anche particolarmente interessante e significativo per la storia dell’Istituto di Fisica e del Museo di Fisica. Esso comprende infatti opere dello stesso Botto, e di altrettanti insigni fisici del 18. e 19. secolo presso l’Università di Torino, tra cui Amedeo Avogadro (1776-1856), Andrea Naccari (1841-1926), Giuseppe Basso (1842-1895), Angelo Battelli (1862-1916), Giorgio Follini (1756-1831), Luigi Palazzo (1861-1933) e Gianalessandro Majocchi (1795-1854).
Il patrimonio bibliografico si è man mano arricchito negli anni come archivio disponibile per gli studiosi, costituendosi come Biblioteca degli Istituti di Fisica.
Successivamente, i Dipartimenti di Fisica Generale, di Fisica Sperimentale, di Fisica Teorica e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-sezione di Torino, hanno caratterizzato la Biblioteca contribuendo al suo bilancio e determinando la politica degli acquisti di materiale bibliografico. In particolare l’I.N.F.N. ha sempre garantito negli anni personale e mezzi finanziari; ad oggi la struttura vede presente soltanto personale afferente all’Università degli Studi di Torino. Verso la fine degli anni '80 la Biblioteca è ufficialmente riconosciuta come struttura interdipartimentale e viene infatti denominata Biblioteca Interdipartimentale di Fisica.
Dal 2013, dopo la fusione dei Dipartimenti di Fisica Generale, di Fisica Sperimentale, di Fisica Teorica avvenuta nell'anno accademico 2011-2012 e la conseguente costituzione dell'unico Dipartimento di Fisica, la Biblioteca rientra tra i servizi del Dipartimento - Servizi Bibliotecari - prendendo il nome di Biblioteca di Fisica.
Dal 2017, con la riorganizzazione dell'Ateneo, fa parte dei Servizi Bibliotecari del Polo di Scienze della Natura.