南开大学生态学科原来隶属生物学系和生命科学学院。李继侗教授作为我国著名的生态学家与植物生理学家，是我国现代植物生态学的奠基人之一，曾于1926-1929年、1938-1945年两度担任系主任。早在1926年，在李继侗先生带领下，南开大学就开始了植物生态学和森林生态学问题的系统研究，并取得了重要成就；与此同时，为我国培养了包括殷宏章、娄成后和吴征镒等院士在内的植物学、植物生理生态学和森林生态学等方面一大批专业人才。
上世纪70年代以来，随着我国对生态环境问题的逐渐重视，当时本学科就承担了20余项国家和地方科技攻关项目，取得了一系列重要研究成果，为本学科的进一步发展奠定了基础。90年代以来，在瞄准国际生态学前沿的基础上，紧密结合国家和环渤海地区需求，在解决一系列生态学问题中逐渐形成特色和优势，整体居于国际先进或国内领先的学术地位，继续为国家培养了一批博士和硕士专业人才。其中，1993年南开大学生态学学科获二级博士学位授权点，1999年成为微生物学天津市二级重点学科重要组成部分，2006年生态学为天津市二级重点学科。
近年来，学校根据学科发展以及国家和天津市等地方需求，责成环境科学与工程学院和生命科学学院共建生态学学科，大大促进了该学科的发展。2011年，获调整后首批生态学一级博士/硕士学位授权点；同年，还被批准为天津市一级重点学科。2012年又被教育部批准设立生态学博士后首批流动站。目前是国务院学位委员会生态学学科评议组成员单位。
本学科当前分为7个研究方向，各具特色，即理论生态学、环境生态学、污染生态学、全球变化生态学、工业生态学、恢复生态学、生态规划与管理。其中，污染生态学、环境生态学是南开大学重点和优势研究方向和分支学科，在国内外均具有重要和领先地位。为了应对人类为解决一系列全球性生态环境问题的需求，南开大学全球变化生态学研究方向从无到有，近年来得到迅速发展。