인문대학 고고미술사학과는 1961년 설치된 문리대 고고인류학과에 그 뿌리를 두고 있다. 고고학과 인류학은 학문은 근대적 학문체제가 갖추어지는 19세기 중엽 이후 인간의 과거와 현재를 연구하기 위해 시작되었는데, 20세기 들어 학문체계가 점차 확립되었으며, 서양의 주요 대학에서도 강좌와 학과가 개설되었다. 이러한 세계적 추세를 따르자는 취지와 한국 내부적으로도 문화의 과거와 현재를 연구하는 고고학 및 인류학의 필요성은 지속적으로 대두되어 왔던 것인데, 이에 서울대학교에서는 문리대에 고고인류학과라는 명칭으로 학과가 개설된다. 문리대 고고인류학과의 시작은 고고학과 인류학이 동일한 학과에서 교육, 연구되는 미국의 학문적 경향을 따른 바 크다. 1975년 서울대 관악캠퍼스 이전 이후, 고고인류학과는 인문대학과 사회대학의 신설에 따라 인문대학 고고학과와 사회대학 인류학과로 분리된다. 1981년 10월에는 문화재 중 큰 부분을 차지하는 미술사 자료에 대한 학문적, 사회적 수요에 부응하기 위해 1981년 10월 인문대 고고학과 대학원 과정에 미술사학이 추가되며 대학원 고고미술사학과가 출범하였고, 다시 1982년 11월에는 학부과정도 고고미술사학과로 개칭되었다.
1961년 고고인류학는 故 김원용 교수에 의해 창설되었다. 고고인류학과는 모두 10명의 정원으로 시작하였으며, 1961년 입학한 10명의 제1기생 중 9명이 1965년 2월 졸업하였다. 이 중 모두 6명이 고고학과 인류학 및 미술사학의 전문가로서 대학에 남아 후학을 지도하게 되었다. 1967년 고고인류학과에는 한상복 교수가 새로 부임해 인류학을 담당하게 되었다. 1968년 3월부터는 고고인류학 석사과정이 개설되었고, 1969년에 고고학전공의 임효재 교수가 전임강사로 재직하게 되었다. 1971년에는 대학원 석사과정 첫 졸업생이 탄생하였다. 미술사학 과정이 대학원에 정식으로 개설된 것은 아니었지만, 당대 한국미술사의 권위자였던 김원용 교수의 지도 아래 일부 대학원생들은 미술사 관련 주제를 연구하였는데, 1973넌 미술사학을 전공한 석사가 처음 배출되었다. 이후 관악으로의 이전 및 전반적인 대학체제의 재편과정을 준비하며, 1974년 고고인류학 석사과정은 고고학 석사과정과 인류학 석사과정으로 나뉘게 되었다.
1975년 3월 관악캠퍼스 이전과 함께 개설된 고고학과에서는 1974년부터 이루어진 계열별 모집으로 인해 학생 수가 많지 않았다. 인문계열 모집은 1980년까지 지속되었는데, 이 기간 동안 10명인 정원을 매번 채우지 못하여 외형적으로는 침체기를 맞았으나, 그럼에도불구하고 서울대학교 고고학과는 한국고고학의 발전을 위해 여러 내실 있는 업적을 다져나가고 있었다. 이 시기에 행하여졌던 사당동 신라토기 가마터 조사(1975), 여주 흔암리 청동기시대 유적 발굴(1976), 서울 구의동 고구려 보루 유적 조사(1977), 반월 신도시 별망패총 조사(1978) 및 1979년 연천 전곡리 구석기시대 유적의 조사는 한국 고대사와 선사시대에 대한 교과서의 내용을 수정하게끔 만든 중요한 학문적 업적이었다.
1981년 10월, 대학원과정의 고고학과가 먼저 고고미술사학과로 개칭되었으며, 이어서 1982년 11월, 학과 명칭이 고고미술사학과로 변경되었다. 1981년 당시 고고학 분야에서는 20년 동안의 교육을 통해 상당한 숫자의 전문가가 배출되고 있었지만, 미술사학은 전문 인력 부족으로 국립박물관이나 문화재연구소와 같은 국가연구기관에 체계적 교육을 받은 전문가가 배치되지 못한 상태였다. 이에, 김원용 교수는 고고학과에 미술사학전공을 신설하고 학과의 명칭도 고고미술사학과로 전환하는 결정을 내리게 되었다.
이러한 전환기에 학과에는 새로 최몽룡 교수가 부임해 고고학 담당 교수가 두 명에서 세 명으로 늘어나게 되었고, 1982년부터는 고고학 박사과정이 개설되었다. 1983년 1학기부터는 대학원 박사과정도 고고미술사학 박사과정으로 다시 이름이 바뀌었으며, 그해 5월 안휘준교수가 부임하며 미술사 교육이 시작되었다. 이와 동시에 1982년부터 실시된 졸업정원제로 인해 1982년부터 고고미술사학과의 정원은 20명으로 늘어났으며, 1984년부터 실시된 학과별모집으로 학부의 신입생은 20-22명이 되어 학과의 규모가 크게 늘어나게 되었다.
1987년 8월, 학과 창설자인 김원용 교수가 정년퇴임하고, 후임으로는 이선복 교수가 부임하여 고고학전공교수는 3인을 유지하게 되었고, 이후 1992년에는 미술사전공 이주형 교수가, 다시 1995년에는 김영나 교수가 부임해 미술사학전공교수도 역시 3인이 되었다. 1992년에 고고학 분야에서 처음으로 박사 학위자가 배출되었으며, 1995년에는 미술사학 분야에서도 박사 학위자가 배출되기 시작하였다.
학과의 외형적 성장에도 불구하고 성격과 접근방식이 판이한 고고학과 미술사가 동일학과에서 교육될 수밖에 없는 문제는 계속 발생하게 되었는데, 이를 해결하기 위해 1996년에 대학원 과정에서 고고학과 미술사학전공이 분리되었다. 고고학, 미술사학전공분리의 취지는 양 학문의 접근법과 방법론, 그리고 대상 자료에 차이가 커, 동일전공으로 묶어 일괄적으로 교육함에 따라 발생하는 문제를 해소하기 위함이다. 2009년 2학기부터 고고미술사학과 학부도 고고학전공과 미술사학전공으로 분리되었다.
2000년대 들어, 교수의 인적 구성도 많은 변화를 겪었다. 2004년 3월에는 고고학전공 이준정 교수가 부임하였다. 2006년에는 고고인류학과 제1기생으로서 본과에서 재직해온 임효재 교수와 안휘준 교수가 모두 정년을 맞이하였으며, 2006년 9월 임효재 교수의 후임으로 김종일 교수가, 안휘준 교수의 후임으로 장진성 교수가 부임하였다. 2010년에는 미술사전공 신준형 교수와 미국 국적의 고고학전공 David K. Wright 교수가 부임하였다. 한편, 1981년 부임하였던 최몽룡 교수가 2012년 정년퇴임을 맞았으며, 2013년 3월 김장석 교수가 그 후임으로 부임하였다. 1995년부터 학과에 재직하였던 김영나 교수는 2016년 8월 정년퇴임을 맞았으며, 그 후임으로 2018년 9월, 박정호 교수가 부임하였다. 2019년 1학기 현재, 학과 교수는 총 9인이며, 고고학전공교수 5인, 미술사전공교수 4인으로 구성되어 있다.