京师大学堂创立于1898年，是资产阶级维新运动的产物，目的在于“广育人才，讲求时务”。戊戌政变后，京师大学堂是唯一被保存下来的新政措施。但是，在封建顽固派的压制下，京师大学堂仅开设诗、书、易、礼、春秋等课堂，性质同旧式书院没有什么差别。1900年，八国联军侵占北京，学校一度停办，1902年复校，1910年发展为经、法、文、格致、农、工、商七科。辛亥革命后，京师大学堂于1912年5月改称北京大学校，大学堂总监改称大学校校长，严复为第一任校长。
1912年5月，北京大学本科、预科开始复课，但因经费困难，学校举步维艰。1912年10月，严复辞职，章士钊被任命为北京大学校长，但章未到任，由马良代理。年底，何时继任校长。1914年1月，胡仁源被任命为北大校长。这期间，由于资产阶级民主风潮的影响，北京大学还是有了一定的发展。1912年10月，教育部公布《大学令》，规定：大学以教授高深学术、养成硕学宏材、应国家需要为宗旨，不再提倡“以忠孝为本”、“以经史之学为基”；取消经学科；大学毕业生称学士，取消科第的奖励方法。由于北京大学是当时全国唯一的国立大学，《大学令》实际上成为北京大学的基本章程，它规定了北大的教育方针。
1914年9月，胡仁源拟定整顿大学计划书，主要措施包括：扩大招生、增聘教员、改进教学方法、编写教材、教师编写各课的教学大纲、整理图书等，北京大学的规模进一步扩大。1913年，全校学生781人；1914年，942人；1915年，1333人；1916年达到1503人，教学情况有了进一步的发展。
但由于北洋军阀的反动文化统治，资产阶级学术风气依然十分淡薄，北京大学的发展还是很有限的。1916年12月26日，蔡元培被任命为北大校长。针对北京大学封建思想、官僚习气十分浓厚的状况，蔡元培在《就任北京大学校长之演说》中，对青年学生明确提出了三项要求。一是求学者要“抱定宗旨”，“大学者，研究高深学问者也”。“宗旨既定，自趋正轨。”而以前入北大者，皆以大学为升官发财之阶梯，对研究学问没有兴趣。“若徒志在做官发财，宗旨既乖，趋向自异。平时则放荡冶游，考试则熟读讲义，不问学问之有无，惟争分数之多寡……光阴虚度，学问毫无，是自误也。”此等人进入社会，“担任讲席，则必贻误学生；置身政界，则必贻误国家。是误人也”。二是“砥砺德行”，大学生肩负振兴国家之重任，因此必须有高尚的道德修养，“苟德之不行，学之不讲，同乎流俗，合乎污世，己且为人轻侮，更何足以惑人”。三是“敬爱师友”。
为适应资产阶级新文化发展的需要，蔡元培对北大进行了大刀阔斧的改革。首先是整顿教师队伍。从整顿文科人手，因为文科中顽固守旧者较多，是北大前进中的障碍。为克服封建思想对北大的垄断，蔡元培根据资产阶级思想自由的原则，提出了著名的“兼容并包”的办学方针，他认为：“大学者，‘囊括大典、网罗众家’之学府也。《礼记·中庸》日‘万物并育而不相害，道并行而不相悖’，足以形容之。各国大学，哲学之唯心论与唯物论，文学、美术之理想派与写实派，计学之干涉论与放任论，伦理学之动机论与功利论，宇宙论之乐天观与厌世观，常樊然并峙于其中，此思想自由之通则，而大学之所以为大也。”这个办学方针，实际上是对统治北大的封建思想文化的彻底否定。1917年1月，蔡元培聘请陈独秀为北大文科学长，不久，又聘李大钊为图书馆主任，胡适为文科教授兼文科研究所哲学门主任，钱玄同为文科教授兼国文门研究所教员，刘半农、周作人为文科教授，同时裁减了一批不称职的本国和外国教员。随着陈独秀担任北大文科学长，《新青年》杂志也从上海迁到北京，这些新文化界人士均参加了《新青年》的编辑或撰稿。《新青年》与北京大学结合，扩大了新文化运动的影响，形成了一个以《新青年》为核心的新文化阵营。另外，蔡元培还聘用了一批学术造诣深厚而思想保守的教授，如辜鸿铭、刘师培、黄侃、崔适等人，这些人都有专门学问。蔡元培对新旧各派兼收并蓄，“是尊重讲学自由，是尊重新旧一切正当学术讨论的自由”。经过整顿，全校教员面貌一新，教授平均年龄30多岁，他们思想活跃，学有专长，给北大带来了发展的基础。
其次是改革领导体制。设立评议会，作为全校的最高立法机构和权力机构，不是教授不得当选为评议员；评议会负责制定和审核学校的各种章程，决定学科的废立，审核教师的学衔和学生的成绩，提出学校的预、决算；这就是在近代教育制度上占有重要地位的北京大学“教授治校”制。设立行政会议，成立教务处，统一领导全校的教学工作；成立总务处，管理全校的人事和财政。废门改系。领导体制的改革，贯彻了资产阶级民主制度，对北大向近代资产阶级性质的大学转变起了巨大作用。再次是对学科和课程的设置进行了改革。扩充文、理两科，停办工科、商科，目的是为了把北大办成文、理两科为主的大学，以专注于学理之研究。1919年，又废除文、理、法三科之名，改门为系，全校14系，即数学、物理、化学、地质学、哲学、中文、英文、法文、德文、俄文、史学、经济、政治、法律系。同时改变以前学生上课均为必修课的现象，实行选科制。本科学生学满80个单位（每周一学时，学完全年为一单位），即可毕业，其中一半为必修课，一半为选修课。增设选修课，提高了学生的学习兴趣，有利于培养专门人才。
1920年2月，北京大学招收女生9人人文科旁听，此后X。t式招收女生，此举冲破了男女不同校的禁令，全国各地高校也纷纷仿效北大，招收女生，男女同校，男女教育平等的风气逐渐形成。蔡元培在北京大学进行改革的另一方面，就是提倡思想自由和学术研究空气。改革后的北大，学术讨论、思想争辩之风非常盛行，几乎每周均有学术讲座，各种学术团体、政治团体也纷纷成立。北京大学成立的著名社团有：新闻研究会、哲学研究会、进德会、地质研究会、国民杂志社、新潮社、国故月刊、孔子研究会、书法研究社、音乐研究会等。民主自由的学风，促进了大批青年学生的觉醒，也培养了他们关心社会、改造社会的勇气和精神。1919年3月，北京大学学生邓中夏、廖书仓等发起组织平民教育讲演团，不定期在街头进行讲演，宣传反日爱国、民主自治，反对封建家族制度，破除迷信等，在社会上产生了广泛的影响。通过改革与整顿，北京大学逐渐完成了向近代资产阶级大学的转变，奠定了中国现代大学教育的基础。1918年，北京大学本科生发展到1980人，研究生达148人，北大因此在全国教育界、学术界、思想界占有越来越重要的地位，发挥越来越重要的影响。五四时期，北大学生积极投身爱国救亡运动，北京大学成为现代中国革命发源地之一。
