สำนักวิชาวิทยาศาสตร์จัดตั้งขึ้นพร้อมกับมหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ ตามพระราชบัญญัติมหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ พุทธศักราช 2535 โดยมีวัตถุประสงค์หลัก 3 ประการ คือ เพื่อการบริการการเรียนการสอนและพัฒนาหลักสูตรการศึกษาวิทยาศาสตร์พื้นฐานแก่สำนักวิชาต่างๆ ให้สอดคล้องกับการจัดการศึกษาของมหาวิทยาลัย เพื่อการผลิตบัณฑิตระดับบัณฑิตศึกษาทางวิทยาศาสตร์ใน 5 สาขาวิชา ได้แก่ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา ชีวเคมี และคณิตศาสตร์และสถิติ และเพื่อการดำเนินการวิจัยพื้นฐานและวิจัยประยุกต์ด้านวิทยาศาสตร์ ต่อมาจึงรวมสาขาวิชาชีวเคมีไว้กับสาขาวิชาเคมีจึงเหลือเพียง 4 สาขาวิชา จากนั้นในปีการศึกษา 2551 จึงได้เพิ่มสาขาวิชาวิทยาศาสตร์เชิงคำนวณเป็นสาขาวิชาที่ 5 เนื่องจากมีการเรียนการสอน การวิจัยและบริการวิชาการในสาขาวิชานี้ โดยในปีพุทธศักราช 2556 มีการปรับโครงสร้างใหม่ ให้มีหัวหน้าสาขาวิชาเป็นตำแหน่งบริหาร เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการบริหารวิชาการตามมาตรฐาน TQF (Thailand Qualifications Framework) ซึ่งกำหนดให้มี 4 สาขา คือ สาขาวิชาฟิสิกส์ สาขาวิชาเคมี สาขาวิชาชีววิทยา และสาขาวิชาคณิตศาสตร์และสถิติ
หลังจากมีการก่อสร้างสถานที่และอาคารต่างๆ ของมหาวิทยาลัยขึ้นที่อำเภอท่าศาลา จังหวัดนครศรีธรรมราช ซึ่งแล้วเสร็จและเริ่มรับนักศึกษารุ่นแรกในระดับปริญญาตรีในปีการศึกษา 2541 ใน 6 สำนักวิชา ยกเว้นสำนักวิชาศิลปศาสตร์และสำนักวิชาวิทยาศาสตร์ ซึ่งปฏิบัติหน้าที่ด้านบริการการเรียนการสอนรายวิชาพื้นฐาน
ปัจจุบันสำนักวิชาวิทยาศาสตร์ มีภารกิจหลักในการจัดการเรียนการสอนรายวิชาด้านวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ ในหมวดวิชาศึกษาทั่วไปและหมวดวิชาเฉพาะให้แก่นักศึกษาทุกหลักสูตรในมหาวิทยาลัย และจัดการเรียนการสอนสำหรับนักศึกษาของสำนักวิชาวิทยาศาสตร์ทั้งในระดับปริญญาตรีและบัณฑิตศึกษา โดยมีการเปิดสอนหลักสูตรต่างๆ ดังนี้
ระดับปริญญาตรี จำนวน 2 หลักสูตร
- หลักสูตรวิทยาศาสตรบัณฑิต สาขาวิทยาศาสตร์
- หลักสูตรวิทยาศาสตรบัณฑิต สาขาวิทยาศาสตร์ทางทะเล
ระดับปริญญาโท จำนวน 3 หลักสูตร
- หลักสูตรวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิทยาศาสตร์ (หลักสูตรนานาชาติ)
- หลักสูตรวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิทยาศาสตร์ข้อมูลและปัญญาประดิษฐ์ (หลักสูตรนานาชาติ)
- หลักสูตรวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาฟิสิกส์(ปิดรับนักศึกษา)
ระดับปริญญาเอก จำนวน 4 หลักสูตร
- หลักสูตรปรัชญาดุษฎีบัณฑิต สาขาวิชาวิทยาศาสตร์(นานาชาติ)
- หลักสูตรปรัชญาดุษฎีบัณฑิต สาขาวิทยาศาสตร์ข้อมูลและปัญญาประดิษฐ์ (หลักสูตรนานาชาติ)
- หลักสูตรปรัชญาดุษฎีบัณฑิต สาขาฟิสิกส์(ปิดรับนักศึกษา)
- หลักสูตรปรัชญาดุษฎีบัณฑิต สาขาวิทยาศาสตร์เชิงคำนวณ(ปิดรับนักศึกษา)
สำนักวิชาวิทยาศาสตร์เข้าร่วมดำเนินงานตามโครงการพัฒนาและส่งเสริมผู้ที่มีความสามารถพิเศษทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (พสวท.) โดยเป็นศูนย์ของโครงการ พสวท. ระดับอุดมศึกษาประจำภาคใต้ตอนบน มีพันธกิจในการคัดเลือกนักเรียนที่มีผลการเรียนดีและสนใจทางวิทยาศาสตร์เป็นพิเศษ เข้ารับทุนการศึกษาในสำนักวิชาวิทยาศาสตร์ สาขาวิทยาศาสตร์เชิงคำนวณ สาขาวิชาเอกฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา และคณิตศาสตร์และสถิติ ทั้งสิ้นจำนวน 14 ทุนต่อปีการศึกษา ตั้งแต่ปีการศึกษา 2555 จนถึงปัจจุบัน
นอกจากนี้ สำนักวิชาวิทยาศาสตร์ยังมีภารกิจสำคัญในการพัฒนางานวิจัยและให้การบริการวิชาการ โดยมุ่งเน้นการวิจัยเพื่อสร้างสรรค์องค์ความรู้ใหม่ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่นำไปสู่ความเป็นเลิศทางวิชาการและเพื่อประยุกต์องค์ความรู้ดังกล่าวในการเรียนการสอนและการถ่ายทอดไปสู่ชุมชนและภาคธุรกิจในเชิงพาณิชย์ รวมทั้งส่งเสริมการเรียนรู้ พัฒนา และถ่ายทอดความรู้และผลงานด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแก่ชุมชนเพื่อการพัฒนาสังคมและเศรษฐกิจ
สำนักวิชาวิทยาศาสตร์ มีผลงานวิจัยที่ได้ตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสารระดับนานาชาติในฐานข้อมูล ISI และ SCOPUS นอกจากนี้คณาจารย์ยังได้มีการเสนอผลงานวิจัยในที่ประชุมวิชาการในระดับชาติและนานาชาติ รวมทั้งการได้รับเชิญเป็นวิทยากรพิเศษให้แก่หน่วยงานภายนอกอีกด้วย และในการให้บริการวิชาการแก่สังคม สำนักวิชาวิทยาศาสตร์ได้ดำเนินการมากกว่า 10 โครงการ โดยได้รับการสนับสนุนด้านงบประมาณจากหน่วยงานภายนอก เช่น โครงการโอลิมปิกวิชาการและดาราศาสตร์โอลิมปิก ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิส่งเสริมโอลิมปิกวิชาการและพัฒนามาตรฐานวิทยาศาสตร์ศึกษาในพระอุปถัมภ์สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอ เจ้าฟ้ากัลยาณิวัฒนา กรมหลวงนราธิวาสราชนครินทร์ (มูลนิธิ สอวน.) โครงการพัฒนาอัจฉริยภาพทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสำหรับเด็กและเยาวชน (JSTP) โดยการสนับสนุนของสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) นอกจากนี้ ได้ดำเนินโครงการที่ได้รับการสนับสนุนจากภาครัฐและเอกชนอีกหลายโครงการ เช่น โครงการถ่ายทอดเทคโนโลยีไมโครเวฟ ได้รับงบประมาณสนับสนุนจาก สกว. โครงการอบรมวิทยาศาสตร์โลกทั้งระบบ ได้รับงบประมาณสนับสนุนจาก สสวท. และโครงการค่ายวิทยาศาสตร์ต่างๆ ที่ได้รับงบประมาณสนับสนุนจากโรงเรียน เป็นต้น