南开大学创办于1919年，创办人是著名爱国教育家严范孙（1860-1929）和张伯苓（1876-1951）。
南开大学成立时，设文、理、商三科，招收学生96人，周恩来为文科第一期学生（学号62号）。1921年增设矿科（1926年停办）。1927年成立社会经济研究委员会（后改称经济研究所）和满蒙研究会（后改称东北研究会），经济研究所趋重实地调查和以物价指数为主的经济统计工作，其出版的《经济周刊》、《南开指数年刊》等多为国内外学术界所借重。1929年改科为院，设有文学院、理学院、商学院及医预科，共13个系。1931年，商学院与文学院经济系及社会经济研究委员会合并成立经济学院；创办化学工程系和电机工程系，附属于理学院；1932年设立应用化学研究所。
早期的南开大学作为私立大学，其经费除政府少许补贴和学费及校产收入外，基本赖于基金团体和私人捐赠。本着“贵精不贵多，重质不重量”的原则以及投资所限，学校规模一直较小，1937年在校学生仅429人，但师资力量较强，凌冰（教育）、姜立夫、刘晋年（数学）、饶毓泰（物理）、邱宗岳、杨石先（化学）、李继侗、熊大仕（生物）、蒋廷黻（历史）、李济（人类学）、肖公权、徐谟、张忠钹（政治学）、何廉、方显廷、陈序经、李卓敏（经济）、黄钰生（心理学）、张彭春（教育学）、柳无忌（英文）、司徒月兰（英文）、冯文潜（哲学）、张克忠、张洪沅（化工）等。竺可桢（气象、地理）、汤用彤（哲学）、萧叔玉（经济）、范文澜（历史）、罗隆基（政治）、吴大猷（物理）等也都曾在南开短期任教。
经过长期的艰苦创业，南开大学终以优越的学术环境、严谨的科学训练方针以及崇尚务实的精神而名驰南北，为国家和民族培养了一批优秀人才，周恩来、陈省身、吴大猷、曹禺等是其杰出代表。
1937年7月，正处于成熟发展时期的南开大学不幸惨遭日本侵略军狂轰烂炸，三分之二的校舍被毁。同年8月，南开大学与北京大学、清华大学合组长沙临时大学，三校校长张伯苓、蒋梦麟、梅贻琦为常务委员，共主校务。翌年4月，长沙临时大学迁往昆明，改称西南联合大学。1939年南开经济研究所迁至重庆沙坪坝南开中学内，继续开展研究工作，并招收研究生；1942年7月，南开在昆明成立“边疆人文研究室”，并出版《边疆人文》刊物。联大期间，三校风云际会，艰苦创业，和衷共济，为国家民族培养了一大批杰出的科学人才和革命志士，谱写了中国教育史上的光辉篇章。
抗日战争胜利后，三校复员北归，1946年南开大学迁回天津并改为国立。复校后设文学院、理学院、政治经济学院和工学院，计16个系，另设有经济研究所、应用化学研究所及边疆人文研究室。师资力量有了加强，一批学者如吴大任、卞之琳、肖采瑜、傅筑夫、高振衡、李广田、罗大冈、汪德熙、谢国桢、张清常等来校任教。张伯苓在担任校长长达30年之后，于1948年离任，由 何廉代理校长。
1949年1月，天津解放，南开大学开始了新的历程。党和政府十分关心南开大学的发展，周恩来总理于1951年、1957年和1959年三次回母校视察；1958年毛泽东主席莅校视察；1994年江泽民总书记视察南开；李鹏、朱鎔基等也曾先后视察南开，党和国家领导人给南开师生以极大的鼓舞。
1952年全国高等学校院系调整，南开大学由一所学科比较齐全的大学变成了一所仅拥有文理学科的综合性大学，设有14个系，3个专修科。院系调整后，郑天挺、雷海宗、吴廷璆 、李何林、朱维之、李霁野、季陶达、顾昌栋、温公颐、陈仁烈、江安才、曾鼎禾、杨宗磐调入南开；王赣愚、何炳林、陈荣悌、陈茹玉、陈天池、王积涛、严志达、崔等一批国外留学者纷纷回归， 相继加入南开教席。1958年，南开大学的贸易、企业管理、会计、金融、财政、统计等系转入新组建的天津财经学院。1960年设立地质地理系（1961年停办）、物理二系（1961年转入兰州大学）和哲学系。80年代前，长期停滞于9个系的设置，即数学、物理、生物、化学、中文、外文、哲学、政治经济学、历史等系。
1966年至1976年，南开大学正常教学秩序被破坏。1966年至1971年教学、科研工作完全瘫痪，五年之久不招生、上课。1976年7月唐山大地震波及天津，学校大部分校舍遭到不同程度损坏。
改革开放以来，南开大学焕发青春活力。1980年以后，南开大学为适应社会主义现代化建设需要，利用老专业基础好的优势，建立了一批新的专业和研究机构。文科重点增设了以财经类为主的应用性专业，并在此基础上于1983年恢复了经济学院，理科重点增设了交叉、边缘和高新科技类专业。到80年代中后期，南开大学发展成为一所包括人文社会科学、自然科学、技术科学、生命科学、管理科学及艺术等多学科的综合大学。
1994年，天津对外贸易学院并入南开大学。
继张伯苓之后，何廉、杨石先、臧伯平、滕维藻、母国光、侯自新、饶子和、龚克先后任南开大学校长，现任校长是曹雪涛