抗日战争时期，中共中央在新的历史条件下，为了培养科学技术干部、发展科学技术事业，于1939年5月决定建立延安自然科学研究院。1940年1月，为了适应抗战建国的需要，特别是为了发展陕甘宁边区经济建设的需要，并为未来的新中国培养一批科学技术干部，中共中央决定将延安自然科学研究院改为延安自然科学院，由中央文委领导。1943年撤销（并入新成立的延安大学）。

第一任院长是李富春，第二任院长是徐特立。

延安自然科学院设有大学部和中学部。大学部设有物理、化学、地矿和生物四个系。中学部分为预科和初中两个部分。1940年春至1945年冬，全校师生员工共约300人。1943年秋后，延安自然科学院与鲁迅艺术学院等校合并，成立延安大学。抗日战争胜利后，自然科学院迁至张家口、建屏、井陉，改名为晋察冀边区工业学校。1952年改建为北京工业学院。

延安自然科学院在当时既是进行自然科学教学的最高学府，又是进行自然科学学术活动的中心，许多学科的学会都设在这里；院内建立了一幢科学馆，许多学术报告会、讨论会、专题讲座都在这里进行。徐特立积极提倡学术思想自由，大力开展学术问题讨论。他认为，这是推动自然科学、社会科学以及高等学校、科研机关工作迅速发展的重要措施之一。

1940年9月初，延安自然科学院成立。这是中国共产党领导的第一所理工科高等学校。李富春、徐特立、李强先后担任院长。设有物理、化学、生物、地(质)矿(冶)4个系。学制三年。为适应教学和科学研究的需要，该院还建立机械实习厂、化工实习厂、化学实验室和生物实验室等学院培养了一批技术骨干队伍，在配合陕甘宁边区经济建设方面作出了贡献。1943年4月并入延安大学。

为建设和发展中国的科学技术事业，徐特立于1941年10月提出了科学教育机关、科学研究机关和经济建设机关三位一体是科学正常发育的园地的思想。他认为延安自然科学院应与军工局建设厅等机关所属的工厂农场密切联系起来，把理论与实际真正联系起来，并由这些单位共同组成一个“学校管理委员会”，使工厂、农场的负责人都作为主人翁参加进来，彼此商谈，学校也可以按照工厂和农场等单位的需要来培养人才。

延安自然科学院按照中共中央提出的办学目标，在徐特立的领导下，培养了中国第一代无产阶级的科学技术干部。全院师生经常和有关经济建设机关联系，采取各种不同的形式，参加边区的经济建设工作，为增强抗战建国物质力量起了很大的作用。例如生物系师生进行的南泥湾考察，为三五九旅在南泥湾垦荒种地，提出了科学依据。中华人民共和国成立后，延安自然科学院的师生和干部，在中国科技战线、文教战线和其他部门中，为发展社会主义建设事业作出了贡献。

延安自然科学院后辗转办学，数易其名，1952年定名北京工业学院，1988年易名北京理工大学，已发展为国内一流的理工科大学，是李鹏、曾庆红、叶选平等党和国家领导人的母校。

延安自然科学院，开创了中国共产党领导高等自然科学教育与研究的先河，走出了一条中国共产党兴办高等科学技术教育与研究的道路，从而在中国近、现代自然科学技术发展史上占有光辉的一页。今天，了解中国共产党人在抗日战争时期艰难困苦的环境条件下，致力科学技术教育与研究，学习和继承老一辈的无产阶级革命家、科学工作者开拓、创新、积极、探索、勇于进取的科学精神和崇高理想，对促进我国现代教育和科技事业的发展，不是毫无裨益的。