Penyelenggaraan pendidikan program Pascasarjana Program Doktor Fisika diawali dengan berdirinya program magister yang mulai dibuka tahun 1981 dengan Prof. Dr. Prayoto, M.Sc. sebagai pengelola dan mahasiswa perdana sebanyak 3 orang. Seiring berjalannya waktu dirasa perlu untuk melakukan pengembangan dengan meningkatkan jenjang pendidikan yang mampu diselenggarakan yaitu pada jenjang doktor.

Surat Keputusan Dikti Nomor 580/Dikti/Kep/1993 Tanggal 23 September 1993 merupakan SK untuk pendirian Program Magister Program Studi Ilmu Fisika dan Doktor Program Studi Ilmu Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Jadi program Studi Doktor Ilmu-ilmu Fisika merupakan bagian dari doktor Ilmu Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Berdasarkan SK Rektor Nomor 89/P/SK/HT/2006 tanggal 9 Maret 2006 Program Pasca UGM dibagi menjadi 2 Program yaitu Monodisiplin dan Multidisiplin. Program Doktor Ilmu Fisika termasuk Program Studi Monodisiplin yang kurikulumnya berasal dari satu bidang ilmu yang diselenggarakan dan dikelola oleh Fakultas terkait. Mulai tahun akademik 2006/2007 seluruh pengelolaan dan administrasi dilakukan oleh Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Program Studi Doktor Fisika diselenggarakan dengan tujuan ikut membantu pemerintah dalam mengembangkan pendidikan dan penelitian di bidang Fisika. Pelaksanaan Program Studi Doktor Fisika didukung oleh adanya 4 Laboratorium di bawah pengelolaan Departemen Fisika yaitu Laboratorium Fisika Atom dan Inti, Fismatel, Geofisika, Fisika Dasar dan Laboratorium yang dikelola oleh Departemen Fisika FMIPA UGM dan LPPT di bawah universitas. Dengan didukung oleh 35 dosen, Program Studi Doktor Fisika mengelola dan mendidik 50 mahasiswa per tahun (student body).

Sejak tahun 2021, Program Studi S3 Fisika berubah nama menjadi Program Studi Doktor Fisika. Untuk penjaminan mutu, Program Studi Doktor Fisika UGM setiap tahun diaudit oleh Kantor Jaminan Mutu UGM melalui Audit Mutu Internal (AMI) dan setiap 5 tahun diakreditasi oleh Badan Akreditasi Nasional Perguruan Tinggi ((BAN-PT). Sampai dengan 2022, Program Studi Doktor Fisika UGM mendapatkan peringkat akreditasi A.

Sejak diberlakukannya SK Rektor Nomor 18 Tahun 2019 tentang Penyelenggaraan Program Pascasarjana (Magister dan Doktor) berbasis Penelitian (by Research) maka Program Studi Doktor Fisika FMIPA UGM menyelenggarakan program Doktor berbasis penelitian (by Research).