北京大学天文学系是为适应创办世界一流大学与知识创新工程的需要，北京大学和中国科学院于1998年在北京大学共同组建的北京天体物理中心，并于2000年6月将天体物理专业正式扩展为天文学系， 聘请中国科学院院士陈建生担任系主任。

2001年5月北京大学物理学院成立后，天文学系即隶属于物理学院。2001年底，在教育部组织的全国重点学科评审中，北大天体物理学科被评为全国重点学科。