《西北大学学报》的前身为西北大学《学丛》月刊，创刊于1913年7月1日，是全国创办最早的大学学报之一。后虽经《西北大学周刊》（1924年）、《西大学报》（1939年）、《西北学术》（1943年）、《西北大学学报》（1957年）等刊名变迁，但始终学术薪火相传，延续至今。

《西北大学学报（自然科学版）》恪守“守正创新，服务科研，传播学术，有补于世”的办刊宗旨，传承百年学府的厚重学术积淀，服务学校新时代全面深化综合改革、加快“双一流”建设的使命任务，发挥综合性大学学科之间相互砥砺、补益的优势，努力“办出特色，争创一流”。

创刊以来，依托西北大学的一流学科和特色学科，形成了以地球科学、生命起源、地质工程与勘探、自然地理与规划、信息科学等为代表的特色栏目，在业界受到了广泛认可，刊物质量稳定提高，学术影响日益扩大。发表的论文被美国《化学文摘》(CA)和《数学评论》(MR)、日本《科学技术文献速报》(CBST)以及中国科学院科学技术系列文摘收录。

《西北大学学报(自然科学版)》是中国知网统计源期刊，稳居Q1区，在全部285种综合性自然科学类科技期刊中，影响力学科指数排名11/285；是中国科技信息研究所选定的统计源期刊，在自然科学综合大学学报综合评价学科排名6/57。

学报现为北京大学《中文核心期刊要目总览》综合性自然科学类核心期刊、中国科学引文数据库来源期刊（CSCD）（Q2区）、WJCI科技期刊世界影响力指数报告（2021）Q2区期刊、陕西省三秦卓越计划资助期刊、中国期刊方阵双效期刊，并多次被评为全国高校精品科技期刊、全国高校百佳科技期刊、陕西省精品科技期刊、陕西省高校名刊，多次受到教育部科技司、陕西省新闻出版局、陕西省教育厅等的表彰和奖励。