Khối chuyên Hóa thuộc trường THPT Chuyên Khoa học tự nhiên (Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) đã tồn tại được 27 năm. Đội tuyển học sinh giỏi của khối luôn là một trong những đội mạnh nhất cả nước với số giải quốc gia thuộc hàng nhiều nhất.
Riêng kỳ thi Olympic Hóa học quốc tế, khối chuyên Hóa của trường có PGS Đào Hữu Vinh, chủ nhiệm đầu tiên và cố GS Từ Vọng Nghi là những người đầu tiên liên hệ với Ủy ban Olympic Hóa học quốc tế để Việt Nam được tham dự sân chơi này vào năm 1996.
Kể từ đó đến nay, khối chuyên Hóa của Chuyên Khoa học tự nhiên đã đóng góp 12 huy chương vàng, chín huy chương bạc và ba huy chương đồng cho Việt Nam. Trong đó, có ba em đạt huy chương vàng hai năm liên tiếp là Vũ Minh Châu, Đinh Quang Hiếu và Phạm Đức Anh.
Ngoài ra, bộ môn cũng đạt thành tích cao ở các kỳ thi nghiên cứu khoa học trong nước và quốc tế như Intel ISEF. Học sinh tốt nghiệp khối chuyên Hóa đều đỗ đại học hoặc du học.