Кафедра петрографии была открыта в Томском университете на геолого–географическом отделении физико–математического факультета в 1927 году. Первым ее заведующим стал доцент Николай Николаевич Горностаев (выпускник Томского технологического института 1923 г.) — неординарная личность, высоко оцененная академиком М.А. Усовым за эрудированность, разносторонние интересы и высокий профессионализм. После окончания ТТИ Н.Н. Горностаев активно включился в геолого–петрологические исследования юга Западной Сибири, Восточной Сибири, Забайкалья и Казахстана и быстро стал крупным специалистом по геологии золота. В 1938 г. он был арестован как враг народа и отбывал срок в Магаданском крае (где и умер), работая откатчиком на золотодобывающем руднике.

После Н.Н. Горностаевa заведующим кафедрой становится профессор Александр Яковлевич Булынников (1935–1949, 1954–1967 г.г.), начинавший обучение С.–Петербургском горном институте, а закончивший в ТТИ. После окончания института (1921 г.) основная деятельность А.Я. Булынникова была посвящена изучению магматизма и золотого оруденения юга Сибири. О его работах высоко отзывались академики М.А. Усов и В.А. Обручев, считая А.Я. Булынникова лучшим знатоком золоторудных месторождений Западной Сибири. Исследования А.Я. Булынникова были прерваны в 1949 г. его арестом и последующим заключением в Красноярском лагере ГУЛага. Находясь в заключении, он продолжал заниматься геологическими изысканиями, в результате которых в Красноярском крае были открыты новые рудопроявления и месторождения золота («Находка» и др.). После окончания Томского госуниверситета в 1944 г. на кафедре был оставлен Михаил Петрович Kортусов (впоследствии — заведующий кафедрой), начавший научную деятельность с активного изучения интрузивного магматизма Восточного склона Кузнецкого Алатау и в 1953 году под руководством Ю.А. Кузнецова успешно защитивший кандидатскую диссертацию. С 1946 года на кафедре начинает работать Кирилл Владимирович Иванов, чьи исследования дайкового магматизма и стратиграфии палеозойских отложений юга Томской области обобщены в кандидатской диссертация, до настоящего времени пользующейся значительной популярностью у исследователей геологии юга региона.

В годы отсутствия А.Я. Булынникова (1949–1954 г.) кафедрой руководил профессор Юрий Алексеевич Кузнецов — один из первых аспирантов- геологов Томского госуниверситета (научный руководитель академик М.А. Усов). На основе накопленного обширного материала Ю.А. Кузнецов разработал теоретические положения генезиса и разнообразия магматических горных пород, впервые публично доложив их на Всесоюзном петрографическом совещании в 1952 году. В результате многолетних работ им была создана новая классификацию формаций магматических пород.

По возвращению из заключения в 1954 г. кафедру вновь возглавил А.Я. Булынников; одновременно с заведованием кафедрой он также активно консультировал производственные организации (Западно–Сибирское геологическое управление, Саралинское производственное управление и др.). Профессор А.Я. Булынников является одним из первооткрывателей Кия–Шалтырского месторождения уртитов (1957 г.). Под руководством профессора Булынникова подготовлено восемь кандидатских диссертаций, в том числе и сотрудниками кафедры петрографии (В.А. Врублевский, В.В. Хахлов и Н.И. Кузоватов, пришедшие на кафедру в 50–60–е года). Доцент Василий Адамович Врублевский продолжал развивать золоторудную тематику своего учителя, профессора А.Я. Булынникова. Основными объектами его исследования являлись Бирикульское и Натальевское золоторудные месторождения. Научные интересы Вадима Венидиктовича Хахлова были связаны с изучением геохимических особенностей палеозойских отложений юга Томской области. Николай Иванович Кузоватов совместно с М.П. Кортусовым активно продолжили новое для кафедры научное направление по изучению щелочного магматизма Кузнецкого Алатау.

В шестидесятых годах на кафедре сформировались три новых научных направления:

•  Физико–химическая петрология (с.н.с. Игорь Петрович Адамчук),
• Онтогения, анатомия и гистология минеральных индивидов и агрегатов (доцент Виталий Николаевич Сергеев),
• Изучение эволюции ультрамафитов (доцент, позднее — профессор и заведующий кафедрой Александр Иванович Гончаренко).

В 1967 г. кафедру возглавил профессор М.П. Кортусов. Будучи учеником академика Ю.А. Кузнецова, он продолжал развивать его идеи, разрабатывая критерии выделения магматических комплексов с позиций формационного анализа. Объектом изучения являлся интрузивный магматизм Кузнецкого Алатау. В начале 80–х годов под руководством профессора М.П. Кортусова была создана «нефелиновая группа», костяк которой слагали Павел Васильевич Осипов, Николай Андреевич Макаренко, Олег Михайлович Гринев, Василий Васильевич Врублевский и другие. Группа продолжила исследования щелочного магматизма и оценки перспектив Кузнецкого Алатау на обнаружение новых месторождений глиноземного сырья. Под руководством профессора М.П. Кортусова было подготовлено 14 кандидатов наук, трое из которых (А.И. Гончаренко, В.П. Парначёв, В.П. Орлов) впоследствии защитили докторские диссертации. На протяжении ряда лет (1968–1982 гг.) он успешно сочетал руководство кафедрой петрографии с должностью проректора по научной работе университета.

В 1987 г. кафедру возглавил профессор А.И. Гончаренко, еще доцентом привлекший к исследованию мафит–ультрамафитовых комплексов молодых выпускников ГГФ ТГУ: Юрия Васильевича Уткина (1971 г.), Михаила Алексеевича Баранова (1973 г.), Алексея Ивановича Чернышова (1975 г.), Николая Фиоктистовича Каячева (1980), Ольгу Васильевну Бетхер (1981), Игоря Федоровича Гертнера (1982) и др. При кафедре петрографии в 1989 г. усилиями А.И. Гончаренко была организована лаборатория структурной петрологии и минерагении (НИЛ СПМ). Плодотворные петроструктурные исследования эволюции вещества верхней мантии, проводимые на кафедре и в лаборатории, получили широкое признание специалистов. Под руководством профессора А.И. Гончаренко было подготовлено 10 кандидатов наук. Одним из первых его учеников, А.И. Чернышовым (впоследствии — заведующим кафедрой), впоследствии была защищена докторская диссертация. Под руководством А.И. Гончаренко, а нередко и при его непосредственном участии, были проведены многочисленные экспедиции в различные районы Алтае–Саянской складчатой области, Урала, Забайкалья и Казахстана, результаты исследования которых были обобщены в диссертациях, монографиях и многочисленных научных статьях.

С именами предыдущих заведующих кафедрой петрографии профессоров — Н.Н. Горностаева, А.Я. Булынникова, Ю.А. Кузнецова, М.П. Кортусова и А.И. Гончаренко — связаны фундаментальные петрологические исследования интрузивного магматизма Алтае–Саянской складчатой области и сопредельных территорий. Эти выдающиеся исследователи явились родоначальниками научных школ, внесших существенный вклад в развитии отечественной геологической науки, а их научные идеи продолжаются развиваться на кафедре и в настоящее время. Многие выпускники кафедры тех давних лет стали известными учеными, специалистами и получили признание не только в России, но и за рубежом. Это профессор М.П. Кортусов; министр геологии Казахстана А.Г. Ситько; лауреат Государственной премии Д.В. Ветров; доктор геол.–минерал. наук, член–корр. РАН. В.В. Ревердатто; доктор геол.–минерал. наук, действительный член РАН, директор Ин–та геологии и геохимии УрО РАН. В.А. Коротеев; доктор геол.–минерал. наук, профессор Томского госуниверситета, заведующий кафедрой петрографии, действительный член МАН ВШ. А.И. Гончаренко; доктор геол.–минерал. наук, профессор Томского госуниверситета, заведующий кафедрой динамической геологии, действительный член МАН ВШ. В.П. Парначёв.

С 1996 года кафедрой петрографии заведует профессор А.И. Чернышов, ученик и последователь профессора А.И. Гончаренко.