南京师范大学数学科学学院的前身是始建于1952年7月的南京师范学院数学科，同年招收一年制数学短训班班和二年制数学专修科学生。1953年，经教育部批准建立南京师范学院数学系，由高杨芝教授担任系主任，同年开始招生数学专业本科生。1955年7月，遵照上级指示进行院系调整，南京师范学院数学系并入江苏师范学院（现苏州大学）。1958年7月，教育部批准重建南京师范学院数学系，重建时仍由高杨芝教授担任系主任，同年招收数学专业本科生。
1969年，原江苏教育学院数学系、江苏函授大学数学系并入南京师范学院数学系。
1979年12月，数学系设立计算机室，1987年2月，在此基础上成立南京师范大学计算中心，作为正处级单位挂靠数学系。1992年3月，经学校论证批准，计算中心脱离数学系作为独立的处级单位。1984年6月，数学系成立计算机软件教研室，同年开始招收计算机专业专科和本科生。1987年，国家教委批准南京师范大学设立计算机科学教育本科专业（1999年起按国家新专业目录，更名为计算机科学与技术专业），同年开始招生。1994年5月，经学校论证批准，计算机科学教育专业脱离数学系，成立南京师范大学计算机科学系。
1993年，国家教委批准南京师范大学设立计算数学及其应用软件本科专业（1999年起按国家新专业目录，更名为信息与计算科学专业），同年开始招生。
1993年底，省教委批准成立南京师范大学数学研究所，作为正处级单位挂靠数学系。1996年6月，学校批准成立南京师范大学大学数学教研部，作为副处级单位，挂靠数学系。
1998年12月，学校批准在数学系、计算机科学系、数学研究所、计算中心、大学数学教研部的基础上合并成立南京师范大学数学与计算机科学学院。
2000年，教育部批准南京师范大学设立统计学本科专业，同年开始招生。
2009年4月，学校批准，将数学科学学院拆分为数学科学学院和计算机科学与计算学院。
2013年，教育部批准南京师范大学设立金融数学本科专业，同年开始招生。
1985年，计算数学被评为江苏省教委重点学科。1986年，获得基础数学、计算数学、学科教学论（数学）三个硕士学位授权点。1988年，基础数学被评为江苏省教委重点学科。1994年基础数学被评为江苏省重点学科。1998年，获得基础数学博士学位授权点，课程与教学论（数学）博士学位授权点，运筹与控制论硕士学位授权点。2001年，人事部批准南京师范大学设立数学学科博士后科研流动站。2003年，获得应用数学硕士学位授权点。2006年，获得数学一级学科博士授权点。2010年，省教育厅批准“大规模复杂系统数值模拟”实验室为省重点实验室。2011年，数学学科被评为江苏省一级学科重点学科。2011年，获得统计学一级学科博士学位授权点。2012年，统计学学科被评为江苏省一级学科重点学科。同年，人事部批准南京师范大学设立统计学学科博士后科研流动站。
1996年，“现代数学研究与应用”被列为 “211工程” 一期（1996-2000）国家立项重点建设项目。2002年，“信息安全保密技术及其相关数学理论”被列为 “211工程” 二期（2002-2006）国家立项重点建设项目。2007年，“大规模复杂系统的数学理论及其应用”被列为“211工程”三期（2008-2012）国家立项重点建设项目。