在芝加哥大學第五任校長羅伯特·梅納德·哈欽斯（Robert M. Hutchins）在任的24年里，芝加哥大學經(jīng)歷了許多重大變革。哈欽斯提出了旨在防止學術(shù)課程和職業(yè)課程過分專門化的“芝加哥計劃”，對其他美國大學的本科通識教育產(chǎn)生了巨大影響，他建立了沿用至今的本科生核心課程（Common Core），并將研究學院重組為四個學部。 在他的帶領(lǐng)下，芝大平穩(wěn)渡過了美國經(jīng)濟大蕭條（1929年-1933年）。
第二次世界大戰(zhàn)期間，芝大在曼哈頓計劃中扮演了重要角色。這一時期，大批物理學家聚集芝大，奠定了該校在自然科學界的地位。
作為曼哈頓計劃的一部分，由加州大學伯克利分校化學家格倫·西奧多·西博格（Glenn T. Seaborg）帶領(lǐng)團隊在芝加哥大學喬治·赫伯特·瓊斯實驗室（George Herbert Jones Laboratory）于1942年9月首次分離并測量出94號放射性元素钚；之后，95號元素镅、96號元素鋦也在芝大被化學認定。而在1942年12月2日，著名物理學家恩利克·費米及其助手們在芝加哥大學Stagg Field Stadium內(nèi)建成了世界上第一座可控核反應堆，命名為“芝加哥一號堆” （Chicago Pile-1），成功產(chǎn)生可控的核裂變鏈式反應，而這一成就是原子能時代的一個重要里程碑，為1945年的原子彈的成功爆炸奠定了基礎(chǔ)，芝加哥大學也因此被稱為“原子能誕生地”。
20世紀60年代，隨著美國反戰(zhàn)運動以及女權(quán)主義的興起，芝大校園內(nèi)的學生運動進入高潮。1962年，學生占領(lǐng)校長辦公室以抗議學校租賃政策。1969年，為抗議學校開除左翼作家馬琳·迪克森，400名學生占領(lǐng)行政大樓達兩周之久。
