ภาควิชาคณิตศาสตร์ได้รับการแต่งตั้งและพัฒนามากว่า 30 ปี ตามการเปลี่ยนแปลงของสถาบันต้นสังกัด ดังนี้

• พ.ศ.2510 สังกัดคณะวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ วิทยาลัยวิชาการศึกพิษณุโลก
• พ.ศ.2517 สังกัดคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ พิษณุโลก
• พ.ศ.2533 สังกัดคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร

ระยะเริ่มต้นภาควิชาคณิตศาสตร์เปิดสอนรายวิชาคณิตศาสตรให้แก่นักศึกษาในหลักสูตรการศึกษาบัณฑิต(กศ.บ) ในปีพ.ศ.2522 จึงได้เปิดสอนหลักสูตรวิทยาศาสตร์บัณฑิต (คณิตศาสตร์) และในปี พ.ศ.2537 ได้เปิดหลักสูตรวิทยาศาสตร์บัณฑิต อีก 2 หลักสูตร คือ วท.บ.(สถิติ) และ วท.บ.(วิทยาการคอมพิวเตอร์) สำหรับหลักสูตร วท.บ.(สถิติ) เปิดรับนิสิตซึ่งได้จบการศึกษาไปแล้ว 3 รุ่น ก็ได้หยุดชะงักการรับนิสิตรุ่นต่อไปด้วยเหตุผลทางวิชาการ ปัจจุบันภาควิชาคณิตศาสตร์เปิดสอนระดับปริญญาตรีบัณฑิต 3 หลักสูตร คือ วท.บ.(คณิตศาสตร์) วท.บ.(วิทยาการคอมพิวเตอร์) วท.บ.(สถิติ) โดยเปิดสอนตั้งแต่ปีการศึกษา 2545 เป็นรุ่นแรกหลังจากหยุดชะงักลง ระดับปริญญามหาบัณฑิต 2 หลักสูตร คือ กศ.ม.(คณิตศาสตร์) ซึ่งเป็นหลักสูตรพิเศษสำหรับครูประจำการ และหลักสูตร วท.ม.(คณิตศาสตร์) เปิดสอนตั้งแต่ปีการศึกษา 2544 และระดับปริญญาดุษฎีบัณฑิต วท.ด.(คณิตศาสตร์) เปิดสอนตั้งแต่ปีการศึกษา 2545 เป็นต้นไป

ปัจจุบันสาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์ได้แยกออกจากภาควิชาคณิตศาสตร์ ได้รับการยกระดับเป็น ภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์และระบบสารสนเทศในปีการศึกษา 2547 ในเทอมที่2 ดังนั้นปัจจุบันภาควิชาคณิตศาสตร์ รับผิดชอบเปิดสอนระดับวิทยาศาสตร์บัณฑิต 3 สาขาวิชา ได้แก่ สาขาวิชาคณิตศาสตร์ สาขาวิชาสถิติ และสาขาวิชาวิทยาการข้อมูลและการวิเคราะห์