Кафедра была организована в 1943 г. на базе коллектива, созданного Н.А.Качинским на кафедре почвоведения (заведующий В.В.Геммерлинг).

 До 1948 г. она называлась кафедрой физики почв. В 1948-1950 гг. – кафедрой мелиорации. После 1950 г. кафедрой физики и мелиорации почв.

В 1930-е гг. на кафедре почвоведения проводились широкомасштабные исследования по составлению мелиоративной характеристики степей Азербайджана, разрабатывалась мелиоративная характеристика почв Поволжья. К началу Великой Отечественной войны создался дружный рабочий коллектив под руководством Н.А.Качинского, специализирующийся на исследованиях по физике и мелиорации почв. В него входили А.Ф.Вадюнина, З.А.Корчагина, А.Ф.Макарова, В.Н.Козловская.

Во время войны коллектив кафедры был эвакуирован на Урал, где выполнил большие работы по изучению физических свойств почв Урала. Выпущенная по результатам этого исследования монография «Агрофизические свойства почв Урала» (1950, Н.А.Качинский, А.Ф.Вадюнина и З.Н.Корчагина) была удостоена премии им. В.В.Докучаева.

Военные годы способствовали тому, что группа Н.А.Качинского выросла в самостоятельную научную силу, что и позволило в декабре 1943 г. организовать на ее основе кафедру физики почв. Кафедра приняла активное участие в Донской экспедиции, исследуя почвы в связи с проектировавшимся Волго-Донским каналом. Результаты Донской экспедиции, которую возглавлял В.В.Геммерлинг, а начальниками отрядов были Н.А.Качинский, Д.Г.Виленский, были оформлены в виде многотомного отчета и почвенно-мелиоративной карты масштаба 1:200000. Они выдвигались на Государственную премию, но из-за разногласий, возникших между Д.Г.Виленским и Н.А.Качинским, работа была отклонена.

В 1948 г. после печально известной сессии ВАСХНИЛ почвенное отделение было переведено с геологического на биологический факультет МГУ. Кафедру физики почв (как и кафедру химии почв) ликвидировали, а ее коллектив снова перевели на кафедру почвоведения. Была организована новая кафедра мелиорации почв, исполняющим обязанности заведующего которой стал С.А.Владыченский, тогда еще дважды кандидат наук (сельскохозяйственных и химических). С ним вместе на кафедре работали В.Е.Кореневская, Л.В.Яковлева, В.А.Звонарева (Караваева), тогда как Н.А.Качинский со своими сотрудниками числился на кафедре почвоведения.

В 1950 г. Н.А.Качинский по конкурсу был выбран заведующим кафедрой мелиорации почв. Вместе с ним были переведены и другие сотрудники бывшей кафедры физики почв. Было утверждено новое название кафедры: физики и мелиорации почв. Н.А.Качинский любил говорить, что физика почв – это теория, а мелиорация – это практика, и эти две дисциплины неразделимы.

Восстановление кафедры совпало с организацией работ по выращиванию защитных лесополос в степных регионах страны. Коллектив кафедры энергично включился в работу экспедиции по полезащитному лесоразведению. Н.А.Качинский стал научным руководителем экспедиции, а сотрудники кафедры (А.Ф.Вадюнина, А.Д.Воронин, Л.О.Карпачевский, Л.Б.Боровинская) были в разное время начальниками экспедиции. В результате этой работы были созданы лесополосы на Ергенях, около Волгограда и вдоль железной дороги в Тингуте. В этой экспедиции впервые были опробованы электрические методы исследования почв. Материалы работы экспедиции послужили основой для защиты докторской диссертации А.Ф.Вадюниной. Кроме того, по материалам Волгоградской экспедиции защитили кандидатские диссертации А.Г.Бондарев, Л.Б.Боровинская, А.Д.Воронин, И.В.Кузнецова, позже Д.Д.Хайдапова. Здесь начинали свою работу еще студентами Л.Ф.Смирнова, И.И.Судницын, В.Н.Косицын, Ю.Л.Лаврентьев, Е.Е.Щербаков, Е.В.Шеин, Г.П.Глазунов, М.С.Кузнецов, Т.Н.Серебренникова, В.М.Кипнис, А.И.Поздняков и многие др.

Одновременно кафедра руководила экспедицией в Волго-Ахтубинскую пойму, где изучался солевой и водный режим поймы и дельты, а также возможные последствия обвалования территории поймы (начальник С.А.Владыченский). По результатам этих исследований С.А.Владыченский в 1955 г. защитил докторскую диссертацию. Среди студентов кафедры, участвовавших в работе экспедиции, были Е.А.Дмитриев, Э.Д.Мацицкая, Н.Н.Сударикова, Б.В.Личманов, И.Л.Комина, И.А.Митрохина, Л.О.Карпачевский. Южным отрядом экспедиции руководил Ю.Л.Лаврентьев, аспирант Н.А.Качинского. В работе экспедиции принимали также участие сотрудники, аспиранты и студенты кафедры почвоведения под руководством Т.И.Евдокимовой (К.И.Корнеева, Т.Бернард, Г.Д.Белицына, В.Д.Васильевская и др.).

В это же время в связи с постройкой нового здания МГУ на Ленинских горах (1953) кафедра существенно расширилась, в ее состав влилась большая группа выпускников, часть из которых в скором времени успешно прошли аспирантуру и защитили кандидатские диссертации. Это А.Д.Воронин, Е.А.Дмитриев, Л.Б.Боровинская, А.И.Мосолова, Л.В.Яковлева, З.Н.Громова, Л.Ф.Смирнова.

В 1955 г. на кафедру был приглашен профессор А.Г.Гаель, только что защитивший докторскую диссертацию по бугристым пескам. В это время расширялись работы по освоению пустынь, и на кафедре была организована лаборатория песковедения, которая затем стала называться лабораторией мелиорации песков и песчаных почв. Уже много позже, в 1980-х гг. А.Г.Гаель вместе с коллегами из других институтов получил Государственную премию за работы по агролесомелиорации в сухих степях. В 2002 г. книга А.Г.Гаеля и Л.Ф.Смирновой «Пески и песчаные почвы» была удостоена премии им. В.Р.Вильямса.

В 1960-е гг. кафедра продолжала исследования лесных полос (Волгоградская экспедиция). Кроме того, были организованы экспедиции по изучению влияния водохранилищ на почвы, которыми руководил С.А.Владыченский. Работы велись на Рыбинском, Камском, Можайском, Иваньковском и других водохранилищах. По материалам исследования водохранилищ были защищены кандидатские диссертации Л.В.Яковлевой, З.Н.Громовой, В.И.Андриенко, позже Е.Ю.Дубровской.

В начале 1970-х гг. профессор А.Ф.Вадюнина начала серию работ, ставших основой ряда новых направлений в почвоведении и мелиорации почв. Она ввела широкое использование электрических, магнитных методов исследования почв, электромелиорацию. Благодаря А.Ф.Вадюниной эти методы стали использоваться на кафедре в научных исследованиях, и заняли достойное место в комплексе физических методов исследования почв. Под ее руководством защитили кандидатские диссертации многие выпускники кафедры (П.Н.Березин, К.А.Олешко, С.Ф.Захаров, Ю.Н.Ткаченко, А.В.Кириченко, В.Ф.Бабанин, А.И.Поздняков, О.А.Трубецкой и др.).

Е.А.Дмитриев возглавил на кафедре направление по изучению теплофизических свойств почв. Однако в памяти почвоведов он остался как основоположник изучения почвенного разнообразия, пространственных неоднородностей свойств почвы. Е.А.Дмитриев – основатель школы почвенной статистики, учения о неоднородности почв и один из первых исследователей, настойчиво внедрявший математические методы в почвоведение. Он работал во многих районах России и сопредельных стран (Карпаты, Дагестан, Днепропетровск, Самарский стационар, Висимский заповедник, Урал, Колпашево, пойма р. Оби, Сихоте-Алинь, Тверская обл.).
Именно на кафедре физики и мелиорации почв Е.А.Дмитриевым, по предложению Н.А.Качинского, был разработан курс статистики для почвоведов. Позже, по решению Ученого совета факультета, Е.А.Дмитриев стал заведующим кафедрой земледелия. Вместе с ним на кафедру земледелия перешел ряд сотрудников (В.Ф.Басевич, В.П.Самсонова, Е.М.Жевелева и др.). Учебник Е.А.Дмитриева «Математическая статистика в почвоведении (1972) стал настольной книгой большинства почвоведов. Е.А.Дмитриев был прекрасным педагогом; он блестяще читал лекции, его научные доклады всегда привлекали внимание коллег; подготовил большую группу высококвалифицированных кандидатов наук. Среди них – В.П.Самсонова, В.Ф.Басевич, Е.В.Пономаренко, Е.М.Жевелева, В.Г.Биндюков и др.

В конце 1960-х гг. на кафедру поступило новое пополнение: И.И.Судницын, Ф.Р.Зайдельман, Л.О.Карпачевский – все выпускники кафедры.

И.И.Судницын один из первых стал разрабатывать в России термодинамический подход к оценке почвенной влаги и поведения воды в системе почва–растение–атмосфера. Он широко применил тензиометры собственного изобретения для определения потенциала воды непосредственно в почве, первым для почв России выявил зависимости потенциала воды и коэффициента влагопроводности от влажности почв. Среди его учеников доктора наук Е.В.Шеин, Н.А.Муромцев, Чанг Кон-тау, кандидаты наук М.Е.Гинзбург, М.А.Сидорова, Г.И.Коробейникова и др.

Ф.Р.Зайдельман возглавил специализацию «Мелиорация почв», разработал новый курс лекций и издал новый учебник по мелиорации почв. Одновременно он вел большую исследовательскую работу по диагностике и мелиорации избыточно увлажненных почв, выдвинул теорию единства подзолистого и глеевого процессов. Ф.Р.Зайдельман разработал технологию мелиорации переувлажненных почв с учетом их экологических особенностей в годы с разным увлажнением, подготовил целую плеяду учеников – кандидатов наук: М.В.Банников, И.В.Ковалев, К.С.Болатбекова и множество других.

Л.О.Карпачевский пришел на кафедру из Института леса АН СССР (тогда Лаборатория лесоведения) и как ученик С.В.Зонна и последователь В.Н.Сукачева принес на кафедру биогеоценологический метод исследования лесных экосистем. Он возглавил работу Биогеоценологической экспедиции, которая исследовала почвы Камчатки и Сихотэ-Алиня, Карпат и Урала. Л.О.Карпачевский подготовил кандидатов наук: Л.С.Ильина, П.Б.Буданцев, В.Куклик, И.Ф.Комиссарова, О.Ю.Баранова, Е.Н.Демченко, В.М.Кипнис, М.С.Майзенберг, В.В.Сизов, Н.М.Швецов, П.В.Кузнецов, А.М.Кузьмин и др. Ряд его учеников защитили докторские диссертации (А.И.Поздняков, В.Ф.Бабанин, Т.А.Зубкова).

В 1970-е гг. вышли на самостоятельный научный путь М.С.Кузнецов, П.Н.Березин, А.С.Манучаров.

М.С.Кузнецов организовал исследования устойчивости почв к эрозии. Он наладил работу эрозионного лотка, с помощью которого была предложена формула устойчивости почв к размыву. Эрозионную тематику на кафедре ввел Н.А.Качинский, который не оставлял попыток организовать исследования по эрозии почв, справедливо полагая, что она прямо связана с физическими свойствами почвы. В начале 1960-х гг. эрозионные исследования на кафедре проводил В.П.Лидов, но он вскоре перешел на кафедру почвоведения. Н.А.Качинский направил А.Д.Воронина в Англию стажироваться по эрозионной тематике, но тот увлекся термодинамикой почвенной влаги. И только М.С.Кузнецов последовательно развил на кафедре исследования устойчивости почв к эрозии, при этом в первую очередь с позиции физики почв. В 1982 г. группа сотрудников, изучавших эрозию почв, во главе с проф. М.С.Кузнецовым отделилась от кафедры и оформилась в самостоятельную кафедру эрозии почв.

П.Н.Березин начал в содружестве с А.Д.Ворониным исследования структуры почв и ее изменение в процессе набухания и усадки почв. А.С.Манучаров организовал на кафедре исследования реологических свойств почв и преподавание этой дисциплины.

В 1976 г. заведующим кафедрой стал А.Д.Воронин. В состав кафедры влился отряд новых сотрудников: Е.В.Шеин, А.С.Никифорова, А.П.Шваров, А.В.Кириченко, Т.А.Зубкова, М.А.Сидорова, Л.С.Ильина, Н.И.Черноморченко, М.И.Васильева, Т.Н.Початкова, Ю.В.Егоров. З.Н.Тюгай, Д.Д.Хайдапова, А.В.Смагин, И.И.Гудима, А.Б.Умарова, М.В.Банников, В.М.Гончаров, Т.А.Архангельская, А.К.Губер, Е.Ю.Милановский. Работу кафедры обеспечивали П.С.Сироклина, А.И.Плясова, Н.А.Тихомирова, О.В.Марченко, Н.Ф.Вороновский.

Коллектив кафедры участвовал в работах многих экспедиций: Ленкоранская, Донская, Дальневосточная, Волгоградская, Волго-Ахтубинская, Волжско-Камская, Камчатская, Сихоте-Алинская, Одесская, Биогеоценологическая (Урал, Карпаты, Украина) и др. Был набран большой материал по характеристике физических свойств почв России. Часть этих материалов вошла в 4-томную большую сводку по агрофизическим свойствам почв России и прилегающих стран, изданную бывшим студентом и аспирантом кафедры профессором А.Г.Бондаревым (заведующий лабораторией физики и технологии почв в Почвенном институте им. В.В.Докучаева). Сотрудники кафедры работали во многих заповедниках и заказниках России: Курский, Воронежский, Центрально-лесной, Кроноцкий, Сихотэ-Алинский, Висимский, Байкальский, Дарвинский, Куршская коса, Шипов лес и др.