Кафедра наноелектроніки (до 2010 р. кафедра фізичної електроніки) заснована в 1994 році. З 1995 року здійснює випуск інженерів-фізиків зі спеціальності "Фізична електроніка", а з 1999 року зі спеціальності "Фізична та біомедична електроніка".

Кафедра акредитована за найвищим 4-м рівнем акредитації; готує фахівців з вищою освітою за триступеневою системою: бакалавр, спеціаліст, магістр.

При кафедрі відкриті аспірантура і докторантура зі спеціальностей "Фізична електроніка", "Фізика твердого тіла" та «Фізика елементів, приладів та систем».

Підготовка у Сумському державному університеті фахівців за напрямом «Мікро- та наноелектроніка» обумовлена потребою у висококваліфікованих кадрах з електроніки, враховуючи специфіку підприємств, установ та організацій регіону, для забезпечення їх конкурентоздатності на світовому ринку, інтеграції в економічний європейський простір, впровадження надсучасних технологій, вирішення складних науково-технічних задач з енергозбереження, обліку енергоресурсів, створення новітніх матеріалів, розвитку та оптимізації мережевих структур, розробки нових мікро- та наноелектронних пристроїв та систем, тощо.

Кафедра наноелектроніки співпрацює з ПАТ «Сумське машинобудівне наукове-виробниче об'єднання ім. М.В. Фрунзе» , концерном «УкрРосметал», ДП «Медтехніка-сервіс», НВАТ ВНДІ Компресормаш, ДП «Сілмед», ВАТ «Насосенергомаш», Інститутом прикладної фізики НАН України та ін.

На кафедрі щорічно проводяться науково-технічні конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів.

 Завідувач кафедри Погребняк О.Д. є організатором та членом оргкомітету міжнародних конференцій: NAP (м. Алушта), ION (Польша), PSE (Німеччина), RIMT (Литва).

 На кафедрі постійно виконуються держбюджетні теми під керівництвом професорів Воробйова Г.С., Погребняка О.Д., Перекрестова В.І.

 Стабільно налагоджена міжнародна діяльність: виконання спільних наукових досліджень; публікації у співавторстві з науковцями закордонних закладів у високорейтингових журналах та монографіях; стажування викладачів  (звіти про стажування) та аспірантів закордоном у провідних навчальних і дослідницьких закладах  (Університети партнери) (Франція, Японія, Данія, США, Португалія, Німеччина); продовження навчання випускників кафедри в аспірантурі європейських вузів; студенти-магістранти мають змогу навчатися за дуальними проектами і отримувати дипломи як СумДУ, так і європейських вузів одночасно.

У складі кафедри наноелектроніки працюють: “Науково-дослідницька лабораторія вакуумних нанотехнологій”;  “Науково-дослідницька лабораторія електронної мікроскопії”; “Науково-дослідницька лабораторія нових технологій в фізиці та техніці НВЧ”; “Комп’ютерна лабораторія”; “Науково-дослідницька лабораторія фізичних основ електронної техніки”, обладнання яких  використовується у навчальному процесі.