Отделение физики нелинейных систем является приемником научных групп и лабораторий Научно-исследовательского института физики нелинейных систем СГУ (НИИ ФНС), связанных с профессором Владимиром Николаевичем Шевчиком, кафедры электроники, колебаний и волн и ведущей научной школой России член-корреспондента РАН, профессора Дмитрия Ивановича Трубецкова. Научно-исследовательский институт физики нелинейных систем выделился в отдельное структурное подразделение СГУ в 2004 году из научного сектора Научно-исследовательского института "Открытые системы", созданного по приказу ректора Университета в январе 2001 года.
Необходимо особо отметить, что научные группы и лаборатории, на базе которых было создано отделение физики нелинейных систем, составляли в свое время основное ядро отдела № 1 Научно-исследовательского института механики и физики СГУ (НИИМФ СГУ), самого крупного в то время отдела НИИМФ.
Основой для создания отдела № 1 послужила проблемная лаборатория радиоэлектроники, созданная в Саратовском университете в 1957 г. по инициативе профессора П.В. Голубкова и профессора В.И. Калинина. Создание этой лаборатории было подготовлено в пятидесятых годах прошлого столетия существованием уже тогда в университете известной Саратовской радиоэлектронной школы, заложенной трудами К.А. Леонтьева, П.В. Голубкова, В.И. Калинина, В.А. Патрушева, В.Я. Красильникова и др.
Самое активное участие в работе проблемной лаборатории, а также и отдела принимали профессора и преподаватели кафедр физического факультета. Этот творческий союз давал плодотворные результаты в научно-исследовательской работе, в подготовке кадров высокой квалификации (докторов и кандидатов наук), в повышении качества выпускаемых специалистов на факультете. Ведущие научные направления в проблемной лаборатории и отделе, носящие во многом пионерский характер в области радиоэлектроники сверхвысоких частот, в разное время возглавляли известные в Советском Союзе и за рубежом профессора и доктора наук П.Л. Голубков, В.И. Калинин, В.Н. Шевчик, Г.М. Герштейн, Б.М. Заморозков, Ю.Г. Альтшулер, Л.Э. Бахрах, а позже уже их ученики – профессора Стальмахов В.С., Жарков Ю.Д., Трубецков Д.И., Н.И. Синицын, М.А. Григорьев, В.С. Андрушкевич и многие другие. Многие годы НИИМФ возглавлял Р.Ш. Амиров.
Особо надо отметить роль профессора В.Н. Шевчика – научного руководителя отдела (после П.В. Голубкова) и директора НИИМФ СГУ (с 1967 г. по 1982 г.). При его непосредственном участии в отделе получили дальнейшее развитие множество направлений исследований в области электроники сверхвысоких частот. В.Н. Шевчик воспитал большое поколение электронщиков, многие из которых продолжают работать в университете, на предприятиях города и в других вузах. Под руководством В.Н. Шевчика в конце 50-х годов прошлого века сложилась одна из признанных и ведущих научных школ в мире в области электроники сверхвысоких частот, традиции и направления которой развиваются в настоящее время в ведущей научной школе, возглавляемой член-корр. РАН, д.ф.-м.н. проф. Д.И. Трубецковым, и которая является научной базой для отделения физики нелинейных систем.