西北大学自成立以来，历任校长（包括早期的主要负责人）多为中国近现代史上的著名学者、教育家或社会活动家。以下列出部分具有重要历史影响的历任校长名单（按任职时间顺序）：

　　1.钱鸿猷(1912-1913)-学校更名为“西北大学”后的首任校长。

　　2.何燏时(1913-1914)-教育家，曾任北京大学校长。

　　3.傅铜(1924-1925)-哲学家。

　　4.李仪祉(1925)-中国现代水利先驱，著名水利学家和教育家。

　　5.胡庶华(1926.3-1926.9)-冶金学家、教育家，曾任多所大学校长。

　　6.徐朗西(1926.9-1927.1)-辛亥革命元老。

　　7.张贻惠(代理，1927-1928)-物理学家。

　　8.邓萃英(1928)-教育家。

　　9.马师儒(1948-1949)-教育家、学者。

　　10.侯外庐(1949-1958)-著名历史学家、思想家，新中国成立后首任校长，对学校发展影响深远。

　　11.刘端棻(1958-1966)-教育家，曾任党委书记兼校长。

　　12.郭琦(1978-1982)-教育家，主持学校拨乱反正和恢复发展。

　　13.巩重起(1982-1985)-物理学家。

　　14.张岂之(1985-1991)-著名思想史家、教育家。

　　15.郝克刚(1991-1997)-计算机科学家。

　　16.陈宗兴(1997-1998)-地理学家，后任全国政协副主席。

　　17.王忠民(1998-1999)-经济学家，代理校长。

　　18.孙勇(1999-2008)-地质学家。

　　19.乔学光(2008-2010)-物理学家。

　　20.方光华(2010-2015)-历史学家。

　　21.郭立宏(2015-2024)-管理学家。

　　23.孙庆伟(2024-至今)-考古学家，现任校长。