1937년 4월 사원의 건강관리를 위하여 당시 경성전기주식회사(약칭 京電) 운수부 2층에 처음으로 경전 운수부 의무실이 설치되어 5명의 인원으로 발족하였다. 그 뒤 1944년 9월 서소문에 있는 다나카병원[田中丸病院]을 매수하여 1945년 1월부터 입원환자를 수용할 수 있는 경전병원(京電病院)으로 개편, 확충하여 병원체제를 갖추었다.
8·15광복 후 귀속재산을 임대하여 병원을 확장하였으나 6·25전쟁으로 병원시설 거의 전부가 파괴된 것을 1953년 9월 복구 · 개수공사에 착수, 1954년 1월 준공하였다. 1961년 3월에 연건평 801평의 현대식 건물을 준공, 입원실 48실, 병상 133상을 갖추고 종합병원으로 발전하였다. 1961년한국전력주식회사(약칭 韓電)의 창립에 따라 경전병원은 자동적으로 한전체제에 편입되고, 한전병원으로 개칭되어 부속병원으로 운영하게 되었다.
1962년 8월 한국전력은 병원의 독립운영권을 부여하고 병원장 책임하에 독립채산으로 경영하도록 하였다. 병원 명칭도 한일병원으로 개칭하여 일반 외래환자에게 특정회사 부속병원으로서의 인식을 바꾸게 하였다. 1963년 증축공사와 아울러 진료과목 · 병상 등을 증설하고 최신 의료장비를 설치하였다. 그 뒤 진료환자의 증가와 사업규모의 확대에 따라 1988년 5월 현재의 위치로 이전하였다.
부지면적 8,830평에 연건평 9,385평, 477개 병상에 22개 진료과실(診療科室)을 설치하여 종합병원으로서의 새로운 면모를 갖추었다. 진료인원은 연차적으로 증가하여 1997년에는 44만 2,289명을 진료하였으며, 특히 전기사고로 화상환자 등이 늘어남에 따라 1961년부터 전문적 치료방법을 개발, 국내 유일의 감전환자 전문치료기관으로서의 기능을 다하다가, 1994년 2월에는 40병상 규모의 화상전용병동을 증축하였다.
고리원자력발전소 1호기 가동에 따라 1980년 5월 고리분원(古里分院)을 개원하였으나 경영효율성 제고를 위하여 1997년 12월에 폐쇄하였으며, 1991년 핵의학실을 개설하여 방사선 동위원소를 이용한 치료 및 진단을 할 수 있게 되었다. 이후 종합건강진단센터 및 흉부외과 · 신경과를 차례로 개설하였고, 1995년부터는 발전소 인근주민들을 대상으로 무료 이동진료를 시행하였다.
또한 1997년 북한 경수로원전(KEDO) 건설에 따라 파견 근로자 및 북한 근로자들의 건강관리를 위하여 북한 함경남도 금호지구에 수술실을 갖춘 의무실을 운영한 바 있다.
2012년 9월에 한일병원이 한전병원으로 명칭을 변경하였다. 2012년 11월에 한전병원은 전자의무기록시스템(EMR)을 완비하였다. 2016년 3월 다시 한일병원으로 명칭이 변경되었다.