중앙대학교의료원은 본래 의과대학부속필동병원(서울특별시 중구 필동 2가 82-1)과 의과대학부속용산병원(서울특별시 용산구 한강로 3가 65-207)으로 구성되었다.
1968년 5월 당시 가톨릭의과대학의 임상과장급 교수들의 일부가 중심이 되어 창립한 200병상 규모의 성심병원(聖心病院)이 그 전신이며, 1970년 9월 25일 학교법인 중앙문화학원이 인수하여 중앙대학교의과대학부속병원으로 개편하였다.
1984년 7월 1일용산구 한강로에 있던 서울철도병원(국립서울병원)도 임차하여 중앙대학교의과대학부속용산병원으로 운영하였다. 1985년에 들어서 중앙대학교 의료원 체제로 발족하여 의료원 아래 위의 두 개의 병원을 운영하였다.
1987년 국내 최초로 체외충격파 신쇄석기실(ESWL)를 가동하였다. 1998년 12월 말 당시 의과대학부속필동병원은 15개 진료과에 400병상 규모를 갖추었으며, 의과대학부속용산병원은 16개 진료과에 440병상을 갖추었다.
연구기관으로 한국의과학연구소를 개설하여 연구지 『한국의과학』을 계간으로 발행하였다. 1998년 12월 말 당시 의과대학부속필동병원은 전문의 55명, 간호사 218명 등 614명의 직원이 근무하였으며, 의과대학부속용산병원에는 전문의 65명과 간호사 236명 등 679명의 직원이 근무하였다.
2005년 1월 18일 중앙대학교부속필동병원이 서울특별시 동작구로 이전을 완료해서 중앙대학교병원으로 명칭을 변경하였다. 이후 2011년 3월 30일에 중앙대학교부속용산병원이 흑석동 중앙대학교병원에 통합되었다. 현재 중앙대학교병원은 서울특별시 동작구 흑석로 102(흑석동 224-1)에 위치해 있다. 2014년 현재 17개 병동, 845개 병상, 202개 병실을 갖추고 있으며, 120여명의 의료진과 700여명의 간호사가 근무하고 있다. 2021년 3월 의료원 산하에 중앙대학교 광명병원을 개원하였다.