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中國人民解放軍總醫院前身是中國協和醫學院第二臨床學院，1953年10月，總后方勤務部衛生部決定將“中國協和醫學院第二臨床學院”改為“軍委直屬機關醫院”。
1954年7月，總后方勤務部衛生部將“軍委直屬機關醫院”改為“中國人民解放軍第三〇一醫院”。
1957年6月，國防部批示“中國人民解放軍第三〇一醫院”番號撤銷，改稱為“中國人民解放軍總醫院”。
軍醫進修學院是以解放軍總醫院為依托建設和發展起來的，始建于1958年11月，1962年停辦。
1979年6月，經中央軍委批準恢復軍醫進修學院。
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院更名為三〇四臨床部，對外稱解放軍總醫院附屬醫院，列入解放軍總醫院編制序列。
2009年2月，解放軍總醫院與海南省正式簽訂共同建設海南分院戰略合作協議，拉開了總醫院歷史上跨地域、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，解放軍總醫院第二附屬醫院（原309醫院）完成轉隸移交，隸屬總參謀部領導，更稱呼為解放軍總參謀部總醫院。
2011年12月，38.3萬平方米的現代醫療城竣工并投入試運行；
2012年6月9日，解放軍總醫院海南分院正式開診運行。
2019年7月由科技部、國家衛生健康委、軍委后勤保障部和原食品藥品監管總局正式批準依托解放軍總醫院第五醫學中心成立國家感染性疾病臨床醫學研究中心。研究中心整合國內79家協作醫院，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病追蹤系統，形成涵蓋重大感染性疾病及各個病程的資源平臺，終建立我國規范的病毒性肝炎、艾滋病臨床大數據及生物樣本庫整合平臺，形成專業的管理團隊，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略性資源。
國家耳鼻咽喉疾病臨床醫學研究中心是為加強我國耳鼻咽喉疾病醫學科技創新體系建設、打造臨床醫學和轉化研究的“高地”而創建的項目，目標是形成我國耳鼻咽喉疾病重大臨床醫學研究的“國家隊”。
擬通過開展高質量循證醫學研究、驗證新技術和新方法、實施多學科交叉轉化研究、開發和推廣基層適宜技術、探索臨床研究方法和管理模式，搭建國家耳鼻咽喉疾病臨床研究公共技術支撐的平臺。通過高質量臨床多中心研究，出指南、出理論、出技術、出產品、出成效，為國家制定政策提供依據，以提高耳鼻咽喉疾病防控能力，改善民眾健康。
