Vào khoảng năm 1993, Khoa Toán (Trường Đại học Tổng Hợp) chỉ có một số Bộ môn như Giải tích, Đại số, Cơ, Tin… Đến năm 1995, Nhà nước chủ trương thành lập 7 khoa Công nghệ Thông tin trong cả nước (phía Nam có Trường ĐH Tổng Hợp và ĐH Bách Khoa). Từ đó dẫn đến việc tách Bộ môn Tin trong Khoa Toán thành 2 phần: một là Khoa Công nghệ Thông tin và phần còn lại là Bộ môn Ứng dụng Tin học (ƯDTH) trong Khoa Toán. Lúc này GS. TSKH. Phan Quốc Khánh vừa là Trưởng Khoa kiêm Trưởng Bộ môn ƯDTH.
Vì cơ cấu khoa có sự thay đổi lớn nên dẫn đến việc thay đổi chương trình đào tạo và có đề xuất thêm hướng Toán kinh tế (lúc bấy giờ thuộc một hướng của Bộ môn ƯDTH). Sau khi ổn định cơ cấu mới vì số lượng sinh viên theo chuyên ngành Toán kinh tế (từ năm 2012 đổi thành chuyên ngành Tối ưu và Hệ thống) ngày càng đông nên GS.TSKH. Phan Quốc Khánh đã đề xuất dự án thành lập Bộ môn Tối ưu - Hệ thống (cuối 1998- đầu 1999) với nhiệm vụ : giảng dạy (đại học, cao học, tiến sĩ) và nghiên cứu.
Năm 2000, trường có quyết định chính thức thành lập bộ môn. Từ đó trở đi, các hệ đào tạo đặc biệt là sinh viên, nghiên cứu sinh luôn có số lượng đông. Đến nay bộ môn đã đào tạo nhiều thạc sĩ, tiến sĩ và có nhiều NCS đang học tập tại nước ngoài.
Các Trưởng Bộ Môn:
2000 - 8/2018: GS. TSKH. Phan Quốc Khánh.
9/2018 - nay: PGS. TS. Nguyễn Lê Hoàng Anh.