上海市质子重离子医院于上世纪90年代开始筹备，2003年项目正式启动。在中央领导关心和国家有关部委支持下，上海“十年磨一剑”成功建成国内第一家质子重离子医院。2014年，医院顺利开展35例临床患者试验。2015年5月8日，医院正式开业，时任中共中央政治局委员、上海市委书记韩正出席开业仪式。2017年9月，医院通过国际医疗机构评审联合委员会认证，成为全球范围内第一家通过JCI认证的质子重离子中心。2020年1月，医院挂牌成为复旦大学附属质子重离子医院。

医院地处上海市浦东新区张江科学城，总占地面积150亩，一期总建筑面积52，542平方米，核定床位220张，门诊诊室24间。医院引进的质子重离子系统设备可以引出质子和重离子两种射线，并且配备了国际最尖端的笔形扫描技术、呼吸门控技术和在线CT等先进设备。

开业五年多来，医院不断优化诊疗流程、提升诊疗效率，2020年12月16日，累计治疗出院患者突破3200例，年治疗量平均增长率达28%。其中，2019年治疗患者出院数突破800例，创开业以来新高。医院以患者需求为导向，突出重离子技术优势，围绕鼻咽癌、颅内颅底肿瘤、早期肺癌、肝癌、前列腺癌等5个重点病种开展临床治疗，并对胰腺癌开展重点临床研究，重点病种治疗患者数占治疗总数的64%。

医院重离子治疗复发鼻咽癌、肺小结节肺癌等实现了国际放疗领域“零的突破”，自主创新形成的58项粒子诊疗“中国方案”，打破了发达国家“话语权”的垄断。从“跟跑”到“领跑”，上海市质子重离子医院已跻身国际粒子机构先进行列。