臺大醫院創建於西元1895年，院址初設於臺北市大稻埕，1898年遷至現址（現稱為西址）；當時為木造建築，1912年開始進行整建為文藝復興風格之熱帶式建築，於1921年完工，是當時東南亞最大型、最現代化之醫院。1991年新大樓（現稱東址）整建完成，兩院區間由景福地下通道貫連，現今全院有員工約6,700餘人，病床約2,600張。此外，為加強對兒童的服務，1994年成立兒童醫院籌備處，並於2003年開工興建兒童醫療大樓，2008年7月啟用。
創建迄今百餘年來，臺大醫院培育醫界人才無數，包括專科醫師、藥師、護理師等各類醫事人員，分佈全球各地，表現優異。在醫療服務上，臺大醫院的臨床醫療品質亦備受國人信賴。而臺大醫院在肝炎、器官移植、癌症診斷治療及生醫光電上的先鋒研究成就，亦屢獲得國際肯定。
身為國家級教學醫院，臺大醫院肩負著教學、研究、服務三大任務。今後仍將秉承優良的傳統，繼續在上述三大領域中，努力奮進：
- 教學方面—繼續配合醫學院的課程設計，培育醫學人才，並培訓各類專科醫學人才。
- 研究方面—整合研究資源，成立核心研究室，提供同仁最好的研究設備與研究環境。目前以癌症、免疫疾病、心臟血管疾病、器官移植醫學、生醫光電、影像醫學等為研究重點。
- 服務方面—特別強調以病患安全為中心的服務導向，強化行政管理，並以人性化的關懷照顧為基礎，針對各項服務設施及工作流程，進行檢討與重新設計，以提供高品質的精緻醫療服務。
除了上述三大領域外，臺大醫院亦致力於推動國際合作，除擷取各先進國家醫療發展的經驗與知識，促進我國醫療科技與新知的蓬勃發展外，帶著回饋及善盡世界公民責任的想法，臺大醫院也積極協助醫療資源較為不足的國家，提攜他們的醫療水準，帶領他們進入現代化的醫療。
臺大醫院設立至今已超過百年歷史，無論在服務、教學、研究等各方面都已有相當厚實的基礎與成就，為達到成為臺灣醫界典範之願景，臺大醫院更積極配合國家衛生發展政策，善盡社會責任，將更高品質的醫療服務提供給更多民眾。因此自2004年起，臺大醫院先後承接行政院衛生署雲林醫院、國立臺北護理學院附設醫院、財團法人北海岸金山醫院、行政院衛生署新竹醫院及竹東醫院，成為臺大醫院雲林、北護、金山、新竹及竹東五個分院， 2019年底自行籌建之新竹生醫園區分院加入營運，2021年將原本新竹地區三家分院整併為新竹臺大分院，2021年6月臺大癌醫中心醫院改制為癌醫中心分院，目前臺大醫療體系已擁有超過5,400張病床及約12,900餘位專任員工，以下分別依地理位置由北至南簡單介紹體系各分院現況。
金山分院
財團法人北海岸金山醫院於2010年10月1日起成為臺大醫院金山分院，該院坐落於新北市金山區陽金公路旁，佔地約6,000平方公尺，醫療大樓包含地上7層與地下1層，目前有專任員工140餘位，除提供門、住、急診服務外，於2011年3月起開始提供血液透析服務，免除在地洗腎民眾交通往返舟車勞頓之苦。
北海岸地區背山面海，地理環境封閉，人口老化情形嚴重，臺大醫院金山分院主要提供該區居民整體醫療照護需求，結合總院資源進行相關教學及醫學研究，並提供整合性健康照護如：社區醫療、老人醫學、遠距照護等新醫療照護模式，透過推動社區健康營造，努力提昇社區醫療水準，期望將臺大醫院高品質之醫療服務帶到金山地區，以照顧當地居民並發展特色醫療。
北護分院
國立臺北護理學院附設醫院於2004年8月1日起成為臺大醫院北護分院，該院位於臺北市萬華區，現有專任員工約240餘位，以建構「老年醫學暨長期照護的整合型中心」為發展重心。2012年啟用新醫療大樓，提供民眾更優質之就醫環境。
臺大醫院北護分院除了口碑卓著的護理之家及居家護理業務外，亦有來自臺大醫療體系之各專科門診、復健治療及洗腎業務。此外積極與政府部門合作參與長期照護制度規劃，發展各類社區機構老人健康服務，並用心規劃設置老年人多重慢性疾病之周全評估及整合性門診，為國內老年醫療照護開啟先河。住院則以落實老年病人與家屬為核心的全人化照護，進而建構一個以個案為中心、家庭為單位、社區為照護基礎，並強調「在地老化」之老年醫療照護模式。
癌醫中心分院
臺大癌醫中心自2021年6月1日起，成為臺大醫院癌醫中心分院，該院位於臺北市大安區，具有約500床的規模，且經核定之健保床皆雙人房，現有專任員工700餘位，以發展癌症醫學教育研究與癌症醫療服務為重心，引進領先世界的癌症療法、多專科整合式治療團隊，提供國民最優良的醫療品質與服務。
臺大醫院癌醫分院為提供患者全方面醫療照護，除既有肺癌聯合門診、婦女醫學中心等專科團隊，在臺大醫療體系之各專科支援下，陸續開設內外科疾病、復健科、眼科等綜合門診，並將陸續啟用最高端的質子治療及光子輻射治療。未來將持續以領先世界的癌症療法、多專科整合式治療團隊，在「以病人為中心」、「以發展研究為導向」的核心理念下，邁向「華人第一、世界一流」的癌症中心目標，成為國人最信賴的智慧醫院。
新竹臺大分院
新竹臺大分院於2021年1月1日成立，係將原本新竹地區三家分院整併，包含2011年7月改制的「臺大醫院新竹分院」、「臺大醫院竹東分院」，及2019年12月開院的「臺大醫院新竹生醫園區分院」，以一個機關（新竹臺大分院）二個機構（新竹醫院與生醫醫院）的方式運作。
整併後的新竹臺大分院組織架構共計有24個醫療單位、8個特色醫療中心、2個教學研究單位、11個醫療支援單位、7個行政單位。三家分院整合後將逐步開發醫療量能，病床數全開可至1,969床，醫療人員可達4,000人以上。新竹臺大分院將持續秉持「業務整合、資源共享、角色分工」的精神，積極爭取成為醫學中心以滿足民眾就醫需求，進而強化大新竹地區醫療服務的廣度及深度，提升桃竹苗地區優良的服務品質，而三家分院也各有其特色及任務，「新竹臺大分院新竹醫院」以提供重度級急重症醫療服務為主，「新竹臺大分院生醫醫院竹北院區」以提供轉譯醫學研究、創新醫材及藥品研發，及急重症、癌症、優質健檢及國際級特色醫療服務為主，「新竹臺大分院生醫醫院竹東院區」以提供慢性長期、老年及精神照護等社區醫療及偏鄉醫療為主之醫療服務。未來並有許多營運計畫，包含生醫醫院竹北院區二期研究大樓工程與三期規劃、新竹醫院湳雅院區籌建、成立轉譯醫學研究中心、心血管中心、神經醫學中心、婦幼醫學中心等特色醫療；另可提供生技產業與醫療對話及合作的場域，及醫事人員全方位與完整的訓練，並投入各項重點領域創新研究等，建構大新竹智慧健康城市。
雲林分院
行政院衛生署雲林醫院於2004年4月1日起成為臺大醫院雲林分院，位於雲林縣斗六市，醫院建物包含醫療大樓、急診大樓、復健大樓及精神衛生大樓，設有心導管、電腦斷層掃描、血管攝影及磁振掃描等重大儀器設備，在臺大醫院專業醫療團隊進駐後，已陸續完成各式心導管治療、開心手術、腹腔鏡手術等重大醫療服務，為雲林地區唯一通過「區域教學醫院」評鑑之醫院。
為滿足地方醫療需求，臺大醫院雲林分院虎尾院區於2007年9月正式啟用，與斗六院區相距約15公里，車程約20分鐘，以腫瘤醫學治療為該院區之發展重點，除設有放射腫瘤治療設備、影醫與核醫等檢查設備之外，亦設立門診化療區、腫瘤專屬病床等專屬空間，2008年更成立腫瘤醫學中心，提供各式腫瘤醫療服務。
目前雲林分院兩院區已擁有940餘床之規模，並有約1,500餘名之專任員工，未來將持續以健康守護為使命，致力提昇醫療及服務品質，期望成為彰、雲、嘉地區民眾最信賴與愛戴之醫學中心。