Кафедра основана в 1961 году академиком И. И. Новиковым. Первоначальное название - Кафедра Теплофизики - в 1986 году было изменено на нынешнее - Кафедра Физики Неравновесных Процессов, наиболее полно отражающее направления подготовки студентов и научной деятельности. В 1965-1986 годах кафедру возглавлял академик С. С. Кутателадзе, в 1986-1994 годах - профессор Н. А. Рубцов, в 1994-1998 годах - академик РАН В. Е. Накоряков, в 1998-2004 годах - академик РАН А. К. Ребров. С 2004 года кафедру возглавляет чл.-корр. РАН С. В. Алексеенко. В настоящее время на кафедре работают 16 сотрудников, из них один академик РАН, 12 докторов наук и 3 кандидата наук. Специализация и научная подготовка студентов, магистрантов и аспирантов осуществляется в соответствии с основными направлениями научной деятельности Института Теплофизики СО РАН:
За период существования кафедры на ней прошли обучение и защитили дипломы более 300 студентов. Из них теперь: 1 академик РАН (С. В. Алексеенко), 1 член-корреспондент РАН (А. Н. Павленко), более 30 человек стали докторами наук и около 150 (практически половина) - кандидатами наук. Ряд выпускников кафедры неоднократно становились лауреатами различных премий и наград СО РАН и РАН, премий Правительства России, премии «Глобальная Энергия».