中国人民解放军总医院前身是中国协和医学院第二临床学院，1953年10月，总后方勤务部卫生部决定将“中国协和医学院第二临床学院”改为“军委直属机关医院”。
1954年7月，总后方勤务部卫生部将“军委直属机关医院”改为“中国人民解放军第三0一医院”。
1957年6月，国防部批示“中国人民解放军第三0一医院”番号撤销，改称为“中国人民解放军总医院”。
军医进修学院是以解放军总医院为依托建设和发展起来的，始建于1958年11月，1962年停办。
1979年6月，经中央军委批准恢复军医进修学院。
1986年9月批准正式列入全军院校编制序号。
2004年全军整编将三0四医院更名为三0四临床部，对外称解放军总医院第一附属医院，列入解放军总医院编制序列。
2009年2月，解放军总医院与海南省正式签订共同建设海南分院战略合作协议，拉开了总医院历史上跨地域、整建制异地办院的序幕；
2009年8月，海南分院在三亚海棠湾破土动工；
2009年8月，解放军总医院第二附属医院（原309医院）完成转隶移交，隶属总参谋部领导，更称呼为解放军总参谋部总医院。
2011年12月，38.3万平方米的现代医疗城全面竣工并投入试运行；
2012年6月9日，解放军总医院海南分院正式开诊运行。
医疗条件
硬件设施
据医院官网2015年12月信息显示：医院拥有数字血管造影机、PET-MR、PET-CT、回旋加速器、计算机断层治疗系统、高压氧舱、机器人手术系统、磁导航介入系统、术中CT及术中磁共振等先进诊疗设备4万多台套。
医护团队
据医院官网2015年12月信息显示：医院拥有5位中国工程院院士，1百多名技术三级以上专家，1千多名高职专业技术人员。其中，博士生导师184名，硕士生导师293名，180余人担任全国、全军各医学专业委员会正、副主任委员，医院共为军队培养了4000多名硕士、博士等高层次临床医学人才，为军地医院培养临床进修生1万多名，专修班学员数万人。有21人次在中华医学会各专业委员会中担任主任委员和副主任委员，有71人次在全军学术委员会中担任主任委员和副主任委员。“模范医疗保健集体”—南楼临床部、“模范医学教授”—姜泗长、“模范医学专家”—卢世璧等模范群体和先进个人，3个集体和10名个人分别荣立一等功，两人荣获“南丁格尔奖”。
