宇宙に関する近年の多くの発見は、従来の物理学、天文学、惑星科学、地球科学の枠を越えた、新たなパラダイム、新たな学問、そして新たな世界観の形成を促しています。今世紀、物質の最小の要素による宇宙における最大の構造の形成、宇宙の諸々の構造形成や物質の進化・循環、これらが織りなす広範な世界が有機的かつ総合的に解明されようとしています。

北海道大学では、素粒子・原子核から惑星と地球を含む天体と宇宙までにわたる自然の諸階層における現象、宇宙における構造形成と物質進化ならびに循環、それらを支配する基本法則についての探求とそれらの教育研究の蓄積がさまざまな専門を持った人々によってなされてきました。

2006年度から新たに発足した本専攻は、理学部・物理学科に所属する4つの研究室（観測天文学研究室、素粒子・宇宙論研究室、原子核理論研究室、理論宇宙物理学研究室）、理学部・地球科学科に所属する1つの研究室（惑星宇宙グループ）、低温科学研究所に所属する2つの研究室（宇宙物質科学研究室、相転移ダイナミクス研究室）、および情報基盤センターに所属する1つの研究室（情報メディア科学研究室）で構成されます。さらに、原子核反応データ科学分野、飛翔体観測分野が専攻を構成する組織として所属します。

物理学、天文学、惑星科学および地球科学にわたる教育研究を有機的に結合し、観測・実験・理論を三位一体とした基礎理学の教育研究を行うことを目的としています。また、21世紀における人類の知的活動の発展に貢献するとともに、高度な基礎知識をもち社会の広範な分野で活躍できる人材の育成を目指します。