聚合物科学（英语：polymer science），或称高分子科学（macromolecular science）、高分子材料学、聚合物材料学，是专门研究聚合物的材料科学分支。主要应用于塑胶及弹性体（橡胶）等聚合物的合成上。高分子科学是一门交叉学科，研究者来自化学、物理及工程学等各种不同的领域。
这个学科包含了三个分支:
聚合物科学的第一个现代的例子是亨利·布拉科诺（英语：Henri Braconnot）在1830年的研究。 布拉科诺随着克里斯提安·弗里德里希·尚班 以及其他人, 创造出一种天然聚合物的衍生物纤维素，制造出一种新的半成品的材料，如赛璐珞和醋酸纤维素。"聚合物"这个术语 是在1833年由永斯·贝采利乌斯创造出来的，虽说只是如此小事，不过在现代科学上则具有重大的意义。
在1840年间，Friedrich Ludersdorf 和 Nathaniel Hayward（英语：Nathaniel Hayward） 自己发现把硫加入天然 橡胶（聚异戊二烯) 用来避免该材料变的具有黏性。在1844年 查尔斯·古德伊尔 得到了美国 硫化的专利，即用天然橡胶和 硫 加热的过程。汤玛士·汉考克（英语：Thomas Hancock（inventor)） 在该年之前就于英国得到了该过程的专利。这个过程能够将天然橡胶强化，并且让他不会因为加热而失去他的弹性。这些特性能够制造出一些具防水功能的物品。这同样促进了橡胶材料的生产。这些硫化的橡胶代表着聚合物研究里第一个成功商品化的产物。
在1844年同时 Hilaire de Chardonnet（英语：Hilaire de Chardonnet） 开始他第一个人造 纤维 以植物为基础将纤维素，或 黏胶 嫘萦再生，用来当作 丝绸的替代品，但是这些人造纤维相当易燃。在1907年 利奥·贝克兰 发明了第一种化学合成的聚合物，一种 热固性酚醛树脂，被称作电木（Bakelite（英语：Bakelite））。
尽管说聚合物的合成进步的相当迅速，直到赫尔曼·施陶丁格在1922年的研究过后才被了解。在Staudinger 的研究成果出来之前,聚合物被视为一种 关联理论（英语：association theory） 或是一种聚合的理论，源自于1861年 托马斯·格雷姆。Graham 假设这些纤维和其他的聚合物都是胶体，由一些分子与小分子之间未知的分子内的力量聚合而成。赫尔曼·施陶丁格 是第一个去假设这些东西是由一些原子借由共价键形成一些长链状的聚合物。 这花了Staudinger数十年的努力，让他在科学界广泛的被接受，并且让他在1953年获得了诺贝尔奖。
第二次世界大战是商业化的聚合物工业的时代。它的限制让一些像是丝绸或是橡胶等天然材料的需求量大增，进促进尼龙和 合成橡胶的产量大增。随后的几年，一些优良的聚合物如克维拉（一种芳纶）和聚四氟乙烯（Teflon）在聚合物产业里持续的被发明以及生产。
由于工业的应用需求扩大，进而促使一些学术机构以及研究机构的成立。1946年，赫尔曼·弗朗西斯·马克 在布鲁克林理工学院（今纽约大学坦登工程学院）成立了聚合物研究，此为美国第一个专门研究聚合物的研究中心，Mark 也被认为是在聚合物科学中的课程与教学之父。在1950年，美国化学学会 的聚合化学分会已经成立，并且成为拥有近八千名成员的第二大部门。Fred W.Billmeyer Jr. 教授在他的分析化学这本聚合物科学的教科书上曾说过：“虽然说在聚合物科学教育上的缺乏正逐渐降低，这个现象在各个领域是很明显的。但不幸的是，它似乎逐渐的消失，原因不是大众对它缺发认识，而是因为大家对它没有兴趣。”
