芝加哥大学（The University of Chicago）的前身是由美国浸信会建立的一所教会学校，该校与芝加哥大学同名，但在1886年由于财政问题而倒闭。而随着人口向西部迁移和工业发展，远离发达东海岸的美国中部急需一所一流大学以顺应发展。拥有远见卓识而乐善好施的美国石油大亨约翰·洛克菲勒憧憬这里会诞生一个与哈佛、耶鲁比肩的大学；1890年，洛克菲勒在原先倒闭的教会学校基础上开始重新筹建芝加哥大学。经过慎重考虑后，洛克菲勒选择年仅35岁的著名教育家威廉·哈珀（Willian R. Harper）作为筹备芝加哥大学的助手。1891年7月1日，哈珀因为出色的工作被任命为首任校长 。
芝加哥大学还未完全成形，哈珀便为该校制定了严格的教师和学生选拔标准。他希望要在极短的时间内建成“一所可以和东部的哈佛和耶鲁媲美的大学”，而要达到这个目的，必须“把所有的热情投入到无情的引进有才能的教师、学生和管理者中去” 。为筹办芝加哥大学，哈珀发挥了他强大的鼓动力，说服了8位在任的大学校长和近20名的系主任辞职来芝加哥执教，这在教育史上是空前的 ；比如，他去当时著名的心理学研究中心克拉克大学（Clark University）访问，离开的时候“挖”走了三分之二的教师和一半的研究生 。
高涨的办学热情使得哈珀在一年半的时间里在芝加哥大学建立了一个总数为120人的一流研究和教师团队，修建了10栋楼；1891年，芝加哥大学出版社成立，并成为学校三大组成机构之一，对之后各个芝加哥学派的建立作出了较大贡献 。1892年10月1日，芝加哥大学正式开课。最初建立的学院有：商学院（1898年），法学院（1902年）和东方研究所等 。到1894年，芝加哥大学已成为美国高等教育与研究的领袖之一 。一座新的一流大学诞生了，如哈珀所言：“（这里）每片碎屑都是新的，却如苍山一般牢固” 。而后，哈珀在芝加哥大学进行了一些改革，奠定了芝加哥大学在美国学术界的重要地位 。哈珀受近代教育史上著名的“洪堡精神”（崇尚教学研究合一）的影响，结合了美国的人文学科大学与德国的研究性大学的优势办学，主张大学的目的是深入研究，大学生应该在地方社区完成大学的头两年基础课程以应付后两年的紧张学习——这一思想直接催生了几十年后覆盖全美的美国社区大学（Community College）体系 。在这种理念的驱使下，哈珀在课程上做了大胆创新，创立低年纪学生学院，全年不间断提供基础课程、不分寒暑假滚动式授课和学习，同时允许完成学业的学生在任意学年的任意时候毕业，然后进入“深入研究”阶段 。
哈珀本人并不畏惧在必要时向学术传统挑战，无论是入学标准还是毕业标准他都不希望芝加哥大学对任何其他大学亦步亦趋 。哈珀开了高等学府招收女生和任用女教师的先河，同时从建校那天起，芝加哥大学向所有少数族裔开放；哈珀在芝加哥大学建立了美国大学的第一个社会学系，并亲自担纲了美国的第一个延伸教育系统的建立，以提供函授和夜校、周末学习课程给那些不能在通常时间或在通常地点上课的人；他率先通过广告、公告栏和群发邮件对 芝加哥大学课程和活动进行全方位的宣传，他较早建立严密的公共关系网以维护大学的资金运转，并且为芝加哥城和美国政府的多个委员会服务以扩大芝加哥大学影响 。在管理上，他大胆放权，鼓励行政人员发掘人才和新课程。他在自己一手支持创立的社会学系的教授的帮助下，把芝加哥大学的行政等级和管理机构改革成当时其他大学努力效仿的高效、简单模式 。而所有这些复杂的改革都是在短短两年间上马并同时进行的，以至于芝加哥大学在当时成为了最让媒体和大众关注的大学之一；这些在当时被称作“哈珀闹剧系列”的话题后来被正名为“一场高等教育革命” 。
在芝加哥大学任校长的14年间，哈珀被称为“芝加哥的匆忙的年轻人”。尽管行政事务占据了大量的时间，哈珀依然腾出时间教课和写作——他认为行政人员不能独立于授课之外，所以在兼任校长与系主任的情况下，仍然给自己排了全职教师的课 。威廉·哈珀于1906年死于癌症，年仅49岁，却留下了一所伟大的大学，成为其他大学公开或私下效仿的对象，被称为“教师们的教师” 。历史学教授弗雷德里克·卢道夫（Frederick Rudolph）曾在1962年的著作《美国大学史》(The American College and University) 中写道：“芝加哥大学的创立对美国高等教育整体风貌的塑造是那个年代任何其他事件都无法企及的，它的创立是美国历史上代表时代精神的事件之一。” 在芝加哥大学第五任校长罗伯特·梅纳德·哈钦斯（Robert M. Hutchins）在任的24年里，芝加哥大学经历了许多重大变革。哈钦斯提出了旨在防止学术课程和职业课程过分专门化的“芝加哥计划”，对其他美国大学的本科通识教育产生了巨大影响。哈钦斯建立了沿用至今的本科生核心课程（Common Core），并将研究学院重组为四个学部 。在他的带领下，芝大平稳渡过了美国经济的大萧条时期（Great Depression, 1929年-1933年）。
二战期间，芝大在曼哈顿计划中扮演了重要角色。这一时期，大批物理学家聚集芝大，奠定了该校在自然科学界的地位 。作为曼哈顿计划的一部分，由加州大学伯克利分校化学家格伦·西奥多·西博格（Glenn T. Seaborg）带领团队在芝加哥大学乔治·赫伯特·琼斯实验室(George Herbert Jones Laboratory) 于1942年9月首次分离并测量出94号放射性元素钚；之后，95号元素镅、96号元素锔也在芝大被化学认定 。而在1942年12月2日，著名物理学家费米(Enrico Fermi)及其助手们在芝加哥大学Stagg Field Stadium 内建成了世界上第一座可控核反应堆，命名为“芝加哥一号堆” (Chicago Pile-1)，成功产生可控的核裂变链式反应；这一成就是原子能时代的一个重要里程碑，为两年后的原子弹诞生奠定了基础，芝加哥大学也因此被称为“原子能诞生地” 。
20世纪60年代，随着美国反战运动以及女权主义的兴起，芝大校园内的学生运动进入高潮。1962年，学生占领校长办公室以抗议学校租赁政策。1969年，为抗议学校开除左翼文人马琳·迪克森，400名学生占领行政大楼达两周之久。
2008年，大卫·G·布斯（David G. Booth）向芝加哥大学商学院一次性捐助3亿美元，这是迄今为止芝加哥大学得到的最大一笔捐款，也是有史以来任何一所商学院得到的最大捐款；为了纪念自此捐款，芝加哥大学商学院正式改名为“芝加哥大学布斯商学院”（Chicago Booth School of Business） 。2009年以来，一项耗资二十亿美元的计划使芝大校园进一步扩展，其中包括Palevsky南校区宿舍楼、杰拉尔德拉特纳田径中心、一所新医院以及一座新的科学大楼。 2011年以来，包括一座十层的医学研究中心和儒勒·格温纳普生物医学中心在内的重大建设项目进一步增强了芝加哥大学医学中心的实力。
2015年，由奥马巴基金会等牵头、美国总统奥巴马及夫人批准，确定 “奥巴马总统图书馆（Obama Presidential Library）”将落户于奥马巴曾长期执教的芝加哥大学 。
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