CHEMISTRY
オーディション時代
1999年8月、『ASAYAN』の企画「男子ボーカリストオーディション」の1次審査に川畑・堂珍共に大阪会場で参加し通過。その後、最終選考まで進出。2000年12月15日、オーディション最終選考の一環で発売された仮デビューシングル「最後の夜」（当時のユニット名は「ASAYAN超男子。川畑・堂珍」）が、オリコン初登場9位を記録。2001年1月1日、オーディション最終選考で川畑と堂珍の2人が選ばれる。デュオを選ぶという見地にたって選考された結果、個々の表現力と潜在能力の高さは勿論のこと、2人が一緒になったときの化学反応の素晴らしさから、この川畑・堂珍デュオが選ばれることとなった。その後、2001年1月21日の放送でユニット名が「CHEMISTRY」に正式に決定する。
松尾潔プロデュース時代
2001年3月7日にシングル「PIECES OF A DREAM」でデビューし、発売6週目でオリコン1位を獲得。これはジャニーズ事務所所属のアイドルを除けば男性ボーカルグループでは21年ぶりという快挙であった。その後ロングヒットとなり、発売15週目にミリオンセラーを達成した。同年11月には初のオリジナルアルバム『The Way We Are』を発売、トリプルミリオンを記録する。このアルバムのセールスで、オリコンに於ける男性アーティストのデビューアルバムとしての歴代1位記録を樹立した。また、この年には『第52回NHK紅白歌合戦』に初出場している。
2002年1月、当時デビュー前だったSoweluと共に日本代表として、韓国のアーティスト (Brown Eyes、リナ・パーク)と合同ユニット「Voices of KOREA/JAPAN」を結成。その後3月にはサッカーW杯日韓大会のテーマ曲を収録したシングル「Let's Get Together Now」を発売。5月30、31日にソウルで開催されたW杯前夜祭・開会式にも参加し楽曲を披露している。
2002年12月、シングル「My Gift to You」発売。世界初の着うたソングに起用される。翌2003年1月には2作目のオリジナルアルバム『Second to None』を発売。オリコン週間アルバムチャートで2週連続の第1位を獲得。また、ミリオンセールスも記録し2003年年間アルバムランキングでも1位を獲得した。これにより、オリコンに於ける男性アーティストとしては初となるデビューアルバムからの連続での初登場・ミリオン突破記録を樹立した。
2003年6月、リミックス曲を中心に収録した企画アルバム『Between the Lines』を発売。このアルバムをもって、プロデューサー松尾潔の元から離れ、セルフプロデュースへ移行する。
セルフプロデュース時代
2003年から2004年にかけシングルを3枚リリースし、2004年2月には3作目のオリジナルアルバム『One × One』を発売した。また2005年1月にはバラード曲を中心に収録した企画アルバム『Hot Chemistry』を30万枚限定発売。ともにオリコン初登場1位を獲得し、これにより1stアルバムからの連続初登場首位記録においてKinKi Kids（6作連続）に次ぐ歴代2位（5作連続）を記録した。
2005年10月、Crystal Kayとのコラボレーション楽曲「Two As One」を「Crystal Kay × CHEMISTRY」名義でシングルとして発売。翌月に発売された16thシングル「almost in love」では、「CHEMISTRY × Crystal Kay」名義による別バージョンを収録している。更に同11月には1年9ヶ月ぶり、4作目のオリジナルアルバム『fo(u)r』を発売、オリコンチャートで2位を獲得した。
およそ10ヶ月の充電期間の後、槇原敬之プロデュースの「約束の場所」と「遠影 feat. John Legend」を2ヶ月連続リリース。2006年11月にはそれらを先行シングルとする初のベストアルバム『ALL THE BEST』を発売。このアルバムにはボーナス・トラックとして、松尾潔を再びプロデューサーに迎えての新曲「Top of the World」も収録された。
2008年1月、2年2ヶ月ぶりとなるオリジナルアルバム『Face to Face』を発売し、オリコンチャートで3位を獲得。これでオリジナルアルバムすべてがTOP3にチャートインすることとなった。さらに11月にはバラードコレクションアルバム『Winter of Love』を、翌年3月には他アーティスト等とのコラボレーションを示す「a CHEMISTRY joint」の集大成アルバム、『the CHEMISTRY joint album』を発売した。「a CHEMISTRY joint」について川畑は「音楽で他のアーティストとジョイントする事も、お互いがソロで音楽じゃない部分で何かにトライした時とか、今までやってきた事を見直せるようなそういうものがあったらいいな」と述べている 。
「CHEMISTRY + Synergy」結成とデビュー10周年
2010年2月、6枚目のオリジナルアルバム『regeneration』を発売し、その後行われたライブツアーではRui・Keito・Dee・Chihiroをバックダンサーとして起用し、ツアー内では共にダンスを披露した。ツアー最終日に彼ら4人とのデビュー10周年に向けての期間限定ユニット「CHEMISTRY + Synergy（ケミストリープラスシナジー）」結成を発表し、8月18日にはシングル「Shawty」を発売。
2010年、韓国映画『無籍者（無敵者、무적자、邦題「男たちの挽歌 A BETTER TOMORROW」）』のハングル版全世界主題歌「a better tomorrow」を担当。2010年9月8日試写会出席の為渡韓、韓国のSONY MUSICにて9月9日記者会見を行った。「a better tomorrow」は「CHEMISTRY + Synergy」の第2弾シングル「Keep Your Love」のカップリングとして収録された。
11月、マカオで開催されたMnet『Mnet Asian Music Awards』ではPerfumeと共に出演し、「Best Asian Male Artist」を受賞。
12月13日、CHEMISTRY + Synergy名義での新曲発表休止、Deeの脱退、Synergy活動継続を公式サイトにて発表した。
2011年3月には自身2枚目となるベストアルバム『CHEMISTRY 2001-2011』を発売し、それを携えた全国ライブツアーが予定されていたが、同年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震の影響を受け、複数の地方公演が中止、延期となった。なお、「根の歌」（コーラスジャパン）・「My Gift to You」は「レコチョク」の「アーティストチャリティー」となった。
2011年7月29日・30日にアメリカのボルチモアにて開催されたOtakonに出演しライブに5000人、サイン会に1000人動員、Q&Aを行った。
2011年からはソロ活動を本格的に始動させ、堂珍の音楽劇『醒めながら見る夢』主演、5・6月に東名阪で行われたファンクラブ会員限定のソロライブに加え、川畑は10月に、堂珍は12月に東名阪にてライブを開催。
ソロ活動について川畑は「ソロでお互いの良さを築いて、それがCHEMISTRYに反映されればいいな」と語っている。吉井和哉から「いつロックやるんだよ？」などと言われた堂珍は「ロックやりたい。ケミで色々培ってきたもの、逆にケミをやっているから自分が見えないものをソロで吐き出したりそぎ落として」と述べている。
活動休止、ソロ活動へ
2012年4月7日、コンサートツアー『CHEMISTRY TOUR 2012 -Trinity-』の沖縄での最終公演で、CHEMISTRYの活動をいったん休止してそれぞれのソロ活動に専念することを発表。翌日4月8日には、活動休止についてのメッセージが公式サイトに掲載された。ライブアルバム「CHEMISTRY TOUR 2012 〜Trinity〜」が2012年11月21日発売。
活動再開
2017年2月28日 - 3月1日に東京国際フォーラムで行われたワンマンライブ【CHEMISTRY LIVE 2017 - TWO - 】で活動を再開。2017年11月15日に活動再開後初となる35thシングル「Windy/ユメノツヅキ」を、6年ぶりにリリース。
並行するソロ活動については、各メンバーの項目を参照。
ディスコグラフィ
※「順位」はオリコンチャートの順位。