北京师范大学的前身为创办于1902年的京师大学堂师范馆。
19世纪末，清政府在中日甲午战争中失败，被迫签定屈辱的《马关条约》，之后帝国主义掀起瓜分中国的狂潮，民族危机日益严重。有识之士痛感时局之危急，急起救亡图存，开办新学培养人才，是措施之一。
1898年，清政府制定《京师大学堂章程》，规定京师大学堂分普通学与专门学两类，同时设师范斋和编译局等部门。以后历经戊戌政变、义和团运动、八国联军侵占北京等变故，京师大学堂屡遭摧残，以致停办。1901年，清政府重建京师大学堂，先设速成科，下分仕学馆和师范馆。师范馆首先招生，于次年12月17日开学，校址设在景山东马神庙。1904年，师范馆改为优级师范科。
1908年5月，京师大学堂优级师范科改名为京师优级师范学堂，校址迁往厂甸五城学堂。这是我国高等师范学校独立设校的开始。
1912年5月，京师优级师范学堂改为北京高等师范学校。
1920年北京高师开办教育研究科，招收高师和专门学校的毕业生及大学三年级优秀学生，开我国高等学校通过考试招收研究生之先河。1923年，又续办国文、英语、史地三部的研究科。至此，北京高师已经成为学科门类较齐全，不仅能培养师范与中等学校师资及教育行政人员，而且能够培养各科专门学术人员的高等师范学校。
1923年，北京高师经教育部正式批准改为师范大学。始建于1908年的北京女高师亦于1925年改为北京女子师范大学。在国内其他高等师范学校都相继并入或改为普通大学的时候，北京高师和女高师先后改为师范大学，对我国高等师范教育体系的独立存在具有深远影响。
1931年7月，北平师范大学与北平女子师范大学合并，定名国立北平师范大学，下设教育学院、文学院、理学院及研究院。
1937年7月，卢沟桥事件发生，日本侵略军占领北平，北平师范大学迁往西安，与国立北平大学、国立北洋工学院组成西安临时大学。
1938年春，西安临时大学迁至汉中，改名为国立西北联合大学，北平师大改为西北联大教育学院。同年8月，西北联合大学教育学院改为师范学院，并于次年改称国立西北师范学院。
1940年，西北师院奉命迁往甘肃省兰州市。为减少损失和解决新校址房屋不足，从1941年起，老生在城固逐年毕业，新生在兰州招收。至1944年，西北师范学院全部搬迁兰州。
1946年春，学校师生陆续迁回北平，部分教师留在西北，充任西北大学、西北师范学院教师，支持了西北的高等教育事业发展。同年11月迁回北平的学校开学。
1949年2月，北平解放。9月，北平改称北京，学校也相应改为北京师范大学。
50年代初，全国高校进行院系调整，市体育专科学校、中国大学理学院、燕京大学教育系、中国人民大学教育研究室和教育专修班以及辅仁大学先后并入师范大学，著名历史学家陈垣任校长。师大的规模有了较大发展，教师增至340余人，在校生达2300余人;校舍增加近一倍，原和平门外新华街旧址称南校，定阜大街辅仁大学校址称北校，并在海淀区北太平庄建新校舍，占地82万平方米。
1966年后，师大经历了10年文革动乱的浩劫。在十分困难的情况下，北京师大广大师生员工忠于职守，坚持科学研究工作，并取得了卓越成绩。
1976年10月，党和人民一举粉碎了四人帮反革命集团。北京师范大学师生欢呼教育和科学的又一个春天到来。通过拨乱反正，学校的教学、科研、思想工作和后勤工作逐渐走上正轨。特别是党的十一届三中全会以后，学校明确提出了要把我校办成全国第一流、国际上有影响、高水平的师范大学的奋斗目标，并为此制定了一系列行之有效的措施，使学校的各项工作均有很大发展。
夺回被四人帮耽误的十年时间，瞄准世界最先进的科学水平，北京师大先后增加了理论物理、固体物理、电化教学、计算机科学、非平衡态等专业和无线电电子学、心理学等系。北京师范大学已由文革前的12个系、18个专业、1个研究所，发展为19个学院、6个系、52个本科专业、127个硕士点、70个博士点和14个研究院/所/中心的教学、科研均衡发展的多学科的师范大学，有16个国家重点学科，14个一级学科拥有硕士、博士学位授予权，16个博士后流动站。教职工人数由文革前的2100人增加到近3000人，两院院士14人(双聘院士6人)，其中，中科院院士11人，中国工程院院士3人。2002年5月，北京市第九次党代会决定实施首都新世纪重点建设工程，北京师范大学同北京大学、清华大学、中国人民大学一道被列入北京市重点支持建设世界一流大学的四所院校，写入党代会决议。到2004年，在校学生人数由过去的不足5000人增加到16000余人，其中本科生8000余人，研究生6000余人，长、短期留学生2000余人。
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