Gmach Fizyki, zaprojektowany przez Stefana Szyllera, powstał w latach 1899-1900 (oficjalne otwarcie odbyło się w 1902 r.). Architekt dążył do efektu spokoju i równowagi, dlatego zastosował rozwiązania, które ułatwiły pierwotny podział budowli na dwie części, przeznaczone dla Wydziału Fizyki i Wydziału Elektrotechniki. Fizyka potrzebowała jednak większego, zajmującego wysokość dwóch kondygnacji audytorium, które dobudowano z tyłu budynku. We wnętrzu zwracała uwagę aula, oryginalnie przeznaczona do ekspozycji modeli silników i maszyn elektrotechnicznych. Na parterze otaczały ją krużganki. Powyżej wznosiła się dwupiętrowa galeria. Od góry aula została zamknięta szklanym dachem, dzięki czemu w ciągu dnia wnętrze wypełnione było rozproszonym światłem.
W czasie II wojny światowej budynek uległ znacznym zniszczeniom. Przy odbudowie zdecydowano o zmianach znacznie odbiegających od pierwowzoru. Zburzone skrzydło audytoryjne zastąpiono nowym. Zmieniono rozkład pomieszczeń wewnątrz, m.in. usytuowanie klatki schodowej i sali wykładowej. Fasada również otrzymała nowy wygląd. Potem dobudowano jeszcze niewielki pawilon, mieszczący stację transformatorową.
9 listopada 2001 r. uroczyście otwarto odrestaurowaną pod kierunkiem prof. Lecha Kłosiewicza aulę w Gmachu Fizyki. Pierwotna, zniszczona posadzka wykonana z płytek ceramicznych została wymieniona na kamienną, marmurową, której podziały nawiązują do architektonicznej kompozycji wnętrza. Oryginalną, terakotową posadzkę zachowano na galerii pierwszego piętra. W czasie renowacji auli zmodernizowano także konstrukcję szklanego dachu.
Aula w Gmachu Fizyki (odrestaurowana i w obecnym kształcie uroczyście otwarta w 2001 roku) to jedna z najpiękniejszych przestrzeni w Warszawie i podobnie jak Duża Aula w Gmachu Głównym (którą zresztą przypomina) cieszy się powodzeniem wśród organizatorów konferencji, wystaw, spotkań i imprez. Szczególną uwagę przyciąga dach – po modernizacji zamiast szkłem przykryto go taflami dwukomorowego poliwęglanu. Mleczne, zbrojone szkło plafonu wymienione zostało na hartowane, kolorowe, utrzymane w pastelowej tonacji delikatnego różu i błękitu, przypominające koloryt nieba.
Aula Fizyki to również częste miejsce uczelnianych wydarzeń. Gościł w niej m.in. prof. M. Stanley Whittingham, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, który w listopadzie 2022 r. w obecności kilkuset studentów i pracowników Politechniki Warszawskiej wygłosił wykład otwarty.
