Історія кафедри аналітичної хімії як самостійного учбово-методичного і наукового підрозділу в складі факультету бере свій початок з 1933 року після відновлення Одеського університету.

Першим завідувачем кафедри аналітичної хімії й одночасно деканом хімічного факультету став проф. В. Д. Богатський. Під його керівництвом колектив кафедри займався розробкою нових методів хімічного аналізу і, зокрема, застосуванням органічних сполук у неорганічному аналізі. Фактично в перші роки існування кафедри проф. В.Д. Богатським були закладені основи наукового напрямку «Органічні реагенти в аналітичній хімії», що у різних його варіантах розвивається і донині колективом кафедри.

З 1941 по 1956 рр. кафедру очолював канд. хім. наук, доцент Р. Л. Дремлюк. Наукові дослідження кафедри за суттю були продовженням раніше початих робіт з використання органічних реагентів при аналізі аніонного та катіонного складу речовин.

У період з 1956 по 1968 рік на кафедрі аналітичної хімії під керівництвом проф. О. О. Морозова активно впроваджується науковий напрямок «Хроматографічний аналіз і теоретичне обґрунтування процесів іонного обміну на рідких і твердих іонітах».

У 1968-1971 рр. під керівництвом проф. А. М. Андріанова досліджувалася можливість застосування органічних реагентів для визначення рідкісних елементів.

У 1971-1984 р. кафедру очолювала канд. хім. наук, доцент Н. Л. Оленович. Співробітники успішно працювали над застосуванням органічних реагентів при визначенні елементів III-V груп періодичної системи елементів. Одночасно з цим були початі дослідження в області атомно-емісійного та атомно-абсорбційного спектрального аналізів кольорових металів і сплавів, речовин високої чистоти, в тому числі оксидів тугоплавких металів та об’єктах навколишнього середовища.

З 1984 року кафедру аналітичної хімії очолює канд. хім. наук, доцент О. М. Чеботарьов. Основні наукові дослідження кафедри спрямовані на раціональне сполучення методів концентрування, розділення і визначення малих кількостей речовин в об’єктах різної природи. Найбільш вагомі наукові досягнення пов’язані з вивченням хіміко-аналітичних і сорбційних властивостей поліфункціональних сорбентів на основі іоннообмінних смол і аморфних кремнеземів стосовно багатозарядних іонів металів. Особливу увагу заслуговують розроблені сорбційно-спектроскопічні методики визначення важких металів в природних водах, елементів-аналогів підгруп алюмінію і титану в промислових матеріалах і природних об’єктах. 

З 2021 року кафедру аналітичної та токсикологічної хімії очолює канд. хім. наук, доцент Т. М. Щербакова. Важливе місце в науковій роботі кафедри займають дослідження з удосконаленню і уніфікації методів атомно-абсорбційного визначення важких металів у харчових продуктах, фізіологічних рідинах і субстратах. На кафедрі інтенсивно ведуться роботи з теоретичного обґрунтування і практичного застосування в аналітичній хімії методу хімічної кольорометрії з використанням кольорометричних функцій для дослідження кислотно-основних рівноваг органічних барвників та процесів комплексоутворення у розчинах.