Το πρώτο σύγχρονο επιστημονικό χημείο του νέου ελληνικού κράτους θεμελιώθηκε στις 6 Ιουνίου 1887, βάσει σχεδίων του αρχιτέκτονα Ερνέστου Τσίλερ (Ernst Ziller).
Χρειάστηκαν μόλις δύο χρόνια για να χτιστεί, αλλά είκοσι χρόνια από τον σχεδιασμό του μέχρι να τοποθετηθεί η θεμέλιος λίθος. Τα σχέδια του Τσίλερ για το Χημείο εξετάστηκαν και εγκρίθηκαν από τον αρχιτέκτονα Έντμουντ Τσάστραου (Edmund Zastrau), γνωστό για τον σχεδιασμό του Ινστιτούτου Χημείας και Φυσιολογίας του Βερολίνου (Chemisch-physiologischen Institut) και από τον διακεκριμένο χημικό Άουγκουστ Βίλχελμ (August Wilhelm von Hofmann, 1818-1892), δημιουργό των πρώτων υποδειγματικών πειραματικών εργαστηρίων στο Βασιλικό Κολλέγιο Χημείας του Λονδίνου και στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου.
Στην προσπάθεια κατασκευής ενός σύγχρονου Χημείου για το Πανεπιστημίου Αθηνών πρωτοστάτησε ο καθηγητής Αναστάσιος Χρηστομάνος, ο οποίος επέβλεψε και την ανέγερσή του. Η ανάγκη τότε για ειδικό εργαστηριακό χώρο ήταν μεγάλη, καθώς έως τα τέλη του 19ου αιώνα τα χημικά πειράματα εκτελούνταν στο υπόγειο του κεντρικού κτιρίου του πανεπιστημίου από τον πρώτο καθηγητή Χημείας, τον Βαυαρό Ξέβιερ Λάντερερ (Xavier Landerer), από τον καθηγητή Αλέξανδρο Βενιζέλο και από τον ίδιο τον Αναστάσιο Χρηστομάνο. Οι παραδόσεις των μαθημάτων στο νέο κτίριο ξεκίνησαν τον Ιανουάριο του 1890, ενώ στους χώρους του λειτούργησαν επίσης το πρώτο Πανεπιστημιακό Οινοποιείο, αλλά και η πρώτη γεννήτρια ακτίνων Roentgen το 1897.
Το Παλαιό Χημείο, όπως αποκαλείται πλέον το κτίριο, διακρίνεται για την στιβαρή λιτότητα των όψεών του, με μοναδική διακόσμηση το νεοκλασικό αέτωμα που επιστέφει τους δύο ιωνικούς κίονες της εισόδου. Στο εσωτερικό ξεχωρίζουν το μεγάλο αμφιθέατρο που φωτίζεται από δύο αίθρια, καθώς και οι πρότυποι για την εποχή τους χώροι των εργαστηρίων.
Το 1911 το κτίριο υπέστη μεγάλες ζημιές από πυρκαγιά, οι οποίες αποκαταστάθηκαν το 1918. Ακολούθησε η προσθήκη του τρίτου ορόφου, προκειμένου να στεγαστούν τα εργαστήρια Φυσικής, Φαρμακευτικής και Φυτολογίας. Έκτοτε, στους χώρους του έχει φιλοξενήσει, μεταξύ άλλων, το Γενικό Χημείο του Κράτους, το Εθνικό Γραφείο Μέτρων και Σταθμών, τη Θαλασσογραφική Εταιρεία, το Βοτανικό Μουσείο και την Ελληνική Αστροναυτική Εταιρεία.
Με τη συμπλήρωση ενός αιώνα από τη λειτουργία του, τα εργαστήρια μετεγκαταστάθηκαν στην Πανεπιστημιούπολη Ζωγράφου. Στις αρχές του 21ου αιώνα, χρειάστηκε να γίνουν εκτενείς εργασίες ανακαίνισης, ώστε να μπορεί πλέον σήμερα να στεγάζει το Μουσείο Φυσικών Επιστημών και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου.
