中國人民解放軍總醫(yī)院前身是中國協(xié)和醫(yī)學院第二臨床學院，1953年10月，總后方勤務部衛(wèi)生部決定將“中國協(xié)和醫(yī)學院第二臨床學院”改為“軍委直屬機關醫(yī)院”。

1954年7月，總后方勤務部衛(wèi)生部將“軍委直屬機關醫(yī)院”改為“中國人民解放軍第三〇一醫(yī)院”。

1957年6月，國防部批示“中國人民解放軍第三〇一醫(yī)院”番號撤銷，改稱為“中國人民解放軍總醫(yī)院”。

軍醫(yī)進修學院是以解放軍總醫(yī)院為依托建設和發(fā)展起來的，始建于1958年11月，1962年停辦。

1979年6月，經(jīng)中央軍委批準恢復軍醫(yī)進修學院。

1986年9月批準正式列入全軍院校編制序號。

2004年全軍整編將三〇四醫(yī)院更名為三〇四臨床部，對外稱解放軍總醫(yī)院附屬醫(yī)院，列入解放軍總醫(yī)院編制序列。

2009年2月，解放軍總醫(yī)院與海南省正式簽訂共同建設海南分院戰(zhàn)略合作協(xié)議，拉開了總醫(yī)院歷史上跨地域、整建制異地辦院的序幕；

2009年8月，海南分院在三亞海棠灣破土動工；

2009年8月，解放軍總醫(yī)院第二附屬醫(yī)院（原309醫(yī)院）完成轉(zhuǎn)隸移交，隸屬總參謀部領導，更稱呼為解放軍總參謀部總醫(yī)院。

2011年12月，38.3萬平方米的現(xiàn)代醫(yī)療城竣工并投入試運行；

2012年6月9日，解放軍總醫(yī)院海南分院正式開診運行。

國家老年疾病臨床醫(yī)學研究中心（解放軍總醫(yī)院）是由國家科技部、衛(wèi)生健康委員會、軍委后勤保障部和原食品藥品監(jiān)督管理總局于2016年7月聯(lián)合批準建設的第三批國家臨床醫(yī)學研究中心，主任為老年醫(yī)學專家范利教授，中心依托解放軍總醫(yī)院第二醫(yī)學中心老年醫(yī)學部主管主建，擁有集國家重點學科、國家臨床醫(yī)學研究中心、國家臨床重點?？疲ㄜ婈牻ㄔO項目）、北京市及全軍重點實驗室、全軍保健人員培訓基地“五位一體”的老年醫(yī)學優(yōu)勢學科群，連續(xù)5年蟬聯(lián)全國老年醫(yī)學?？婆判邪癜袷?，涌現(xiàn)出一批德高望重、造詣精深的老年醫(yī)學大家，已建成體系完整、人才接續(xù)的學科體系。

2019年7月由科技部、國家衛(wèi)生健康委、軍委后勤保障部和原食品藥品監(jiān)管總局正式批準依托解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學中心成立國家感染性疾病臨床醫(yī)學研究中心。研究中心整合國內(nèi)79家協(xié)作醫(yī)院，針對慢性乙肝、慢性丙肝、艾滋病及其相關疾病等病種，建立病程涵蓋臨床各個階段的大隊列，同時建立標準化的生物樣本庫、臨床診療信息庫及的疾病發(fā)病追蹤系統(tǒng)，形成涵蓋重大感染性疾病及各個病程的資源平臺，終建立我國規(guī)范的病毒性肝炎、艾滋病臨床大數(shù)據(jù)及生物樣本庫整合平臺，形成專業(yè)的管理團隊，為建立符合我國人群特點的肝病、艾滋病診療體系提供重要戰(zhàn)略性資源。

國家耳鼻咽喉疾病臨床醫(yī)學研究中心，依托中國人民解放軍總醫(yī)院，于2019年5月由科技部、國家衛(wèi)生健康委、軍委后勤保障部和國家藥監(jiān)局正式批準成立，也是認定的國家耳鼻咽喉疾病臨床醫(yī)學研究中心，中心主任為楊仕明教授。