Физико-математический факультет (ФМФ) является одним из старейших в институте. В 1939 г. постановлением Совета Народных Комиссаров РСФСР от 2 июня был учрежден Тобольский учительский институт, в котором студенты обучались по специальностям: русский язык и литература, история и география, физика и математика. Численность желающих поступить на физико-математическое отделение значительно превышали его реальные возможности. Абитуриенты подвергались жестким конкурсным испытаниям. Им необходимо было сдать вступительные экзамены по Конституции СССР (устно), истории народов СССР (устно), русскому языку (устно и письменно), математике (устно и письменно), физике (устно). 27 августа 1939 г. впервые состоялось зачисление на первый курс отделения и 1 сентября к занятиям приступили 61 новоиспеченных студентов, которые за два года должны были изучить обязательный минимум специальных, педагогических и общественных учебных дисциплин.

В период Великой Отечественной войны ряды защитников пополнили военнообязанные из числа преподавателей, студентов и выпускников физико-математического отделения. Например, Виктор Дерябин, закончив досрочно второй курс, был призван на военную службу в 1942 г. Он участвовал в прорыве блокады Ленинграда, был награжден двумя орденами Отечественной войны. В феврале 1943 г. на военную службу был призван семнадцатилетний студент Леонид Попов, который отважно сражался с фашистами в составе войск Третьего Украинского и Третьего Белорусского фронтов, отличился при освобождении Украины и взятии Восточной Пруссии; заслужил ордена Отечественной войны I степени и Славы III степени, медаль "За победу над фашисткой Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.".

Преподаватели и студенты физико-математического факультета были причастны к освоению космического пространства: под руководством доцента Е.П. Разбитной функционировала открытая в 1962 г. станция наблюдения искусственных спутников Земли Астрономического совета Академии наук СССР. Полученная из Тобольска информация поступала для обработки в головной вычислительный центр.

За время развития факультета расширился предлагаемый перечень специальностей и специализаций. Так, в настоящее время на факультете обучаются студенты по специальностям: "Физика с доп. специальностью информатика", "Математика с доп. специальностью информатика", "Информатика" со специализацией "Информационные системы в бухгалтерии и аудите", "Информатика с доп. специальностью английский язык". В 2003 г. лицензирована специальность "Технология и предпринимательство".

Открыты аспирантуры по специальностям: "13.00.02 - Теория и методика обучения и воспитания (математика)", "13.00.02 - Теория и методика обучения и воспитания (информатика)". В 2004 г. предполагается открыть аспирантуру по специальности "13.00.02 - Теория и методика обучения и воспитания (физика)".

Увеличилось количество кафедр. В настоящее время на физико-математическом факультете функционируют 5 кафедр (физики и методики преподавания физики, алгебры и геометрии, математического анализа, методики преподавания математики и педагогической технологии, информатики и методики преподавания информатики), которые возглавляют ведущие специалисты. При кафедре методики преподавания математики и педагогической технологии работает научно-исследовательская лаборатория: "Управление качеством подготовки специалистов в ТГПИ им. Д.И. Менделеева".

Многие выпускники факультета занимали и занимают высокие должностные места в органах образования, административных органах городов и районов области, являются руководителями учебных заведений. Так, в разные годы возглавляли Тобольский педагогический институт Дерябин В.М. (1964-1970 гг.), Дягилев Ф.М. (1970-1973 гг.), Конев Ю.М. (1977-1990 гг.), Яковенко С.С. (1993-2000 гг.). С 2000 г. ректор института - Слинкин С.В. Профессор Конев Ю.М. в настоящее время является депутатом Государственной думы РФ. Барышников Н.П. несколько лет возглавлял областную Думу.

Факультет по праву гордится выпускниками, педагогический труд которых высоко оценен государством. Орденом "За заслуги перед отечеством" II степени награжден Яковенко С.С. Званий "Заслуженный учитель РСФСР" и "Заслуженный учитель РФ" в разные годы удостоены: Низовских В.И., Евсеев И.Ф., Чусовитина А.А., Демидов В.А., Дерябин В.М., Промоторова Н.В., Шустовских А.В., Тунгусов Ю.М., Завозина Н.В., Змановских М.В., Змановских Н.А., Девятков Н.М., Мельникова Т.С., Епишева О.Б. Знаком "Отличник народного просвещения", "Почетный работник высшего профессионального образования России" награждены: Новицкий О.Н., Федингин Е.И., Гольдман В.М., Панов В.Н., Костицина Н.А., Матаева Г.Ф., Михалева С.А., Евсюкова Е.В., Коробейников В.С., Казаков Р.Х., Новоселов В.И., Епишева О.Б., Никитина Л.П., Янсуфина З.И.