《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，回归常识，尊重规律，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”。
本刊设有数学、物理学、信息科学、化学与化学工程、生命科学与医药学、地球科学、地理与环境科学等栏目。
西北大学学报（自然科学版）被以下数据库收录：
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（CSCD）来源期刊；中国科技核心期刊（CSTPCD）；WJCI 科技期刊世界影响力指数报告（2021）Q2区期刊；中国知网；万方数据；维普数据；CA 化学文摘(美)(2020)；JST 日本科学技术振兴机构数据库(日)(2018)