医院前身是军委直属机关医院，红色血脉可追溯至1927年八一南昌起义，伴随着人民军队的创建发展，在炮火硝烟中艰难孕育成长。1953年8月5日，在毛主席、周总理、朱总司令等开国元勋的亲切关怀下正式组建，1954年8月4日改称解放军第三〇一医院，1957年6月6日改为解放军总医院，1958年11月4日，成立军医进修学院（2012年4月更名为解放军医学院），开启医院办学先河。

党的十八大后，在习近平强军思想的指引下，医院全面迈上改革重塑、转型发展的快车道。2018年11月2日，新调整组建的解放军总医院宣告成立，同时称中国人民解放军医学院。下设第一医学中心（原内科、外科临床部，医技部、门诊部）、第二医学中心（原南楼临床部）、第三医学中心（原武警总医院）、第四医学中心（原304临床部）、第五医学中心（原302、307医院）、第六医学中心（原海军总医院）、第七医学中心（原陆军总医院）、第八医学中心（原总参总医院）、海南医院、京东医疗区、京南医疗区、京西医疗区、京北医疗区、京中医疗区、研究生院等单位。

医院拥有21个临床医学部、8个国家重点学科，3个军队“双重”学科，5个国家临床医学研究中心，7个国家级重点实验平台，46个省部级及全军重点实验室，61个全军医学研究所和专科中心。

医院在老年病预防和预警干预系统研究、耳聋病临床与基础研究、呼吸道感染及呼吸衰竭支持新技术系列研究、烧伤整形医学研究与治疗、骨和关节软骨组织工程治疗，肾病研究与治疗、肝胆疾病精准外科治疗、老年心血管病研究与治疗、创伤修复与组织再生研究、肿瘤一体化治疗和基础研究、微创机器人手术、消化内镜治疗、介入微创治疗、复杂眼外伤救治和疑难泪器病诊疗 、传染病和继发病、疑难重症肝病、血液病诊治、中毒救治、高压氧治疗、航空与潜水特殊疾病诊疗、新生儿救治、结核病诊疗、器官移植、传统中医学、5G远程手术等方面具有领先优势。

医院同时称中国人民解放军医学院，是全军唯一一所医院办学单位，承担国家、军队赋予的博硕士研究生学历学位教育和军队高层次人才培养任务，博士学位授权一级学科5个、二级学科20个，覆盖47个专业；硕士学位授权一级学科7个、二级学科23个，覆盖50个专业。

医院荣获国家科技进步一等奖9项、二等奖32项，国家技术发明二等奖2项，军队科技进步一等奖37项，军队医疗成果一等奖24项。

医院拥有全球领先的第五代射波刀、达芬奇手术机器人、数字血管造影机、回旋加速器、世界第二台ZAP加速器、计算机断层治疗系统、高压氧舱、磁导航介入系统、术中CT、术中磁共振、PET-CT、PET-MR、术中放疗系统、钴60治疗机等近6万台套、总价值近70亿元的高精尖医疗设备。

医院在唐山、汶川、玉树、雅安地震和天津港大爆炸等重大灾害事故救援，北京奥运、中非论坛、武汉世界军人体育运动会、庆祝新中国成立70周年阅兵等重大活动医疗保障，抗击非典、埃博拉、新冠肺炎疫情，以及援外医疗等方面，当先锋、打头阵、挑大梁，出色完成了历次任务。

医院带头落实“健康中国”战略，发挥人才、技术优势，积极参加扶贫攻坚，对口帮扶数十家老少边穷地区医院，健康援藏精准救治肺结核病、病毒性肝炎、风湿病（骨关节病）、包虫病、大骨结病，慈善救助白内障、先心病、耳聋等患者，惠及亿万群众。

医院被评为“国际模范爱婴医院”“全国百姓放心示范医院”“全军为部队服务先进医院”，涌现出一大批行业先锋和先进典型，有3个集体、19名个人被授予荣誉称号，3个集体、18名个人荣立一等功，7人荣获南丁格尔奖章。