南京大学数学系源于中央大学数学系和金陵大学数学系。中大数学系的前身是1921年成立的国立东南大学数学系，创办者是熊庆来教授。
1952年高等院校调整，1955年与天文系合并成立了南京大学数天系，1961年数天系分离回复成数学系和天文系，1978年计算机技术从数学系分离成立计算机系，此后数学系的基本格局保持不变。
南京大学数学系以历史悠久、实力雄厚、治学严谨而著称。自建系以来，一批杰出的数学家先后在系执教，奠定了本系的学科构架和特色，形成较为完备的教学体系，其学术影响一直处于国内领先地位，蜚声海外。
数学系现有数学与应用数学(教育部特色专业建设点)、信息与计算科学、统计学三个本科专业，形成了本科生、硕士生、博士生和博士后的完整培养体系。数学系着力提升国家一级重点学科、国家理科基础科学研究和教学人才培养基地的内涵，巩固和做强已有的优势学科方向，同时带动其它方向的发展，形成了若干个在国内有重要影响、特色鲜明的研究方向。动力系统、微分方程、数论与K理论、科学工程计算等方向在国际上已经有了较大的影响。
南京大学数学学科是国家一级重点学科、国家理科基础科学研究和教学人才 培养基地、数学拔尖人才培养基地、江苏省优势学科，拥有数学和统计学两个一级学科(其中数学为国家一级重点学科、统计学为江苏省一级重点学科)，拥有 国家“211”三期重点建设项目 1 个、国家“985”工程科技创新Ⅱ级平台 1 个、 教育部创新团队 1 个，江苏省省级实验教学与实践教育中心 1 个，已进入 ESI 全球学科排名前 1%。