国科大拥有独具优势和门类齐全的学科体系。在理学的数学、物理、化学、天文学、地学、生物学，以及工学的力学、材料、能源、电子与通信、自动控制、计算机等专业领域，具有明显的学科优势。在保持自然科学基础学科优势的同时，近年来还不断加强应用学科、新兴交叉学科以及人文、社会科学学科的建设。国科大共拥有博士学位授权一级学科点39个、二级学科点134个，分布在教育学、理学、工学、农学、医学、管理学6个学科门类 ；硕士学位授权一级学科53个、二级学科点210个，分布在哲学、经济学、法学、教育学、文学、理学、工学、农学、医学、管理学10个学科门类，覆盖了54个一级学科。此外，国科大还拥有工程、工商管理、应用统计、应用心理、翻译、农业推广、药学、工程管理 8 类专业学位授权点。
2014年起中国科学院大学在数学与应用数学、物理学、化学、生物科学、材料科学与工程、计算机科学与技术6个专业招收本科生。这是中国科学院大学首次招收和培养本科生，是经教育部批准，借助雄厚的研究生教育基础和强大的科研实力，进行教育改革创新的一项新措，旨在培养具有扎实专业基础、广阔国际化视野、良好综合素质和丰富人文情怀的国家未来科学精英和科技领军人才。其中，数学学科的主要培养实体有数学科学学院、数学与系统科学研究院、武汉物理与数学研究所；物理学科的主要培养实体为：国科大物理学院、力学研究所、物理研究所、高能物理研究所等24个单位；化学学科的主要培养实体为：国科大化学与化工学院、新疆理化技术研究所、理化技术研究所、化学研究所等16个单位；材料学科的主要培养实体为：国科大材料科学与光电技术学院、上海硅酸盐研究所、长春光学精密机械与物理研究所、上海光学精密机械研究所等12个单位；生命科学学科的主要培养实体为：国科大生命科学学院、上海生命科学研究院、动物研究所等21个单位；计算机学科的主要培养实体为：国科大计算机与控制学院、计算技术研究所、电子学研究所等14个单位。
