北京大学数学科学学院是北京大学的一个学院，在北京大学内常简称为数学学院或数院，被认为拥有中国最好的数学、应用数学和计算数学学科的学院之一。

1904年，清政府颁布的《钦定学堂章程》规定“高等算学”隶属格致科（现在称理科），并且规定了算学门的课程。辛亥革命后，京师大学堂于1912年5月1日改名为国立北京大学。同年公布的“民国元年所订之大学学制及其学科”中格致科改名为理科，其中包括数学门。1913年秋，北京大学数学门招收新生，标志着中国现代第一个大学数学系正式开始教学活动。

1917年1月蔡元培出任北京大学校长。1919年秋，北大改“门”为“系”。在确定各系的序列时，蔡元培指出：“大学宗旨，凡治哲学文学应用科学者，都要从纯粹科学入手；治纯粹科学者，都要从数学入手。所以，各系秩序，列数学系为第一系”。时至今日，数学科学学院在全校各院系中的编号仍然是01。

在1952年秋的院系调整中，北京大学数学系与清华大学数学系、燕京大学数学系合并为北京大学数学力学系。1969年力学专业在陕西汉中北京大学分校成立了力学系（现为北京大学工学院力学与空天技术系）。1985年，概率统计专业独立成立了概率统计系。1995年概率统计系和数学系合并成立了北京大学数学科学学院。

北京大学数学研究所是国家教委批准成立的研究单位，与数学科学学院结合在一起，实行院所结合的体制。北京大学数理统计研究所与概率统计系结合在一起，实行系所合一的体制。经国家教委批准，在数学科学学院设立了“数学及其应用开放实验室”；国家教委的“高校数学研究与高等人才培养中心”也挂靠在数学科学学院。

《数学进展》、《逼近论及其应用》等全国性学术刊物的编辑部也设在数学科学学院。

现任院长陈大岳教授。

学院现有五个系：

目前，北京大学数学科学学院每年招收本科生约180人，加上北京大学元培计划选择数学专业的学生，每年本科毕业生约200人。