北京大學生態學教學和科研發展的歷史可以追溯到解放之初的全國院系調整時代。從上個世紀五十年代初期，北京大學地質地理系和生物系的一批教員即開始從事地植物學教學和科研工作，并使北京大學成為全國高校植物生態學的重要人才培養基地。1970年代后期，獨立后的北京大學地理系成立了以陳昌篤先生為首的地植物學教研組，在承襲傳統的地植物學研究的同時，開拓了區域生態環境研究這一新的領域。1980 年代后期，北京大學城市與環境學系生態教研室的成立，標志著北京大學生態學的發展有了更為堅實的組織機構平臺。此后的10余年時間里，北京大學的生態學教學和科研隊伍不斷壯大，特別是通過人才引進顯著提高了教師隊伍的整體科研水平。同時，根據國內外學科的發展動向和國家社會經濟發展的需求，北京大學又先后開辟的生物多樣性保護、全球環境變化和景觀生態學等一系列新的發展方向。北京大學生態學系正式成立于2002年，生態學本科專業于2001年經教育部批準成立，2003年正式招生，生態學在北京大學的發展基礎得到進一步鞏固。
生態學系現有在職教職人員11人，海內外兼職教員5人，返聘人員3人。全部人員中，教授11人(返聘3人，在職3人，兼職5人)，副教授5人，講師3人。系主任為方精云院士。
近年來，在“985工程”、“211工程”和“理科基地”建設項目的資助下，本系先后購置了 600余萬元的教學和科研設備，完成了生態學教學實驗室的建設。目前已具備植物生理生態學測定、孢粉分析、樹木年輪分析、植物形態與解剖、植物化學與土壤化學分析、植被數量分析等實驗和模擬條件。作為北京大學“地表過程與分析模擬教育部重點實驗室”的一部分，具備先進的生態學過程分析的實驗條件。一個集科研和教學實習為一體、投資近600萬元的野外定位研究站——“北京大學地球環境與生態系統塞罕壩實驗站”(PKU-SOGES) 也已建成使用。
2001年以來，本系教員先后承擔了國家重點基礎發展規劃項目(973項目)、國家自然科學基金重大研究計劃以及重點和面上項目、教育部重大科技項目、部委項目和國際合作項目72項，經費總額達到3022萬元，平均每年約500萬元，人均年科研經費在50萬元以上。全系出版專著10余部，在國內外核心刊物上發表論文近300余篇，其中SCI收錄論文70余篇。通過這些研究，先后解決了一系列重要理論和應用問題;在碳循環研究方面取得了具有突破性的研究成果，引起國內外的廣泛關注。這些成果不但具有重要的理論意義，也為我國在京都議定書履約過程中最大限度爭取國家利益提供了堅實的科學依據，因而成為北京大學創建世界一流大學第一期計劃執行過程中的標志性成果之一。全系已逐步形成了全球氣候變化及其生態響應、生物多樣性保護、植被生態學、生態系統生理學、地下生態學、景觀生態與景觀規劃、以及城市生態學等幾個有特色的研究方向。