Viện Radium Đông Dương (Insitut du Radium de l’Indochine) được thành lập tại Hà Nội vào ngày 19 tháng 10 năm 1923 do Pièrre Moullin phụ trách.
Từ thời điểm đó, Viện Radium Đông Đương đã mang nhiều tên gọi khác nhau như Viện Radium Đông Dương, Viện Curie Đông Dương, Viện Curie, Viện Ung thư.
Năm 1957, Viện Radium Đông Dương được Pháp bàn giao cho Việt Nam Dân chủ Cộng hòa. Thực hiện tiếp quản Viện Radium Đông Dương có các bác sĩ Nguyễn Như Bằng, Đỗ Bá Hiển, Phạm Thụy Liên, Lương Tấn Trường, Phan Huy Chữ và y tá Đỗ Thiên Thu.
Năm 1959 Viện Radium được sáp nhập vào nhà thương Phủ Doãn (sau là bệnh viện Việt Đức) và trở thành khoa Ung thư của bệnh viện này trong những năm 1959 – 1969.
Ngày 17/7/1969, được sự đồng ý của Chính phủ, Bộ trưởng Bộ Y tếNguyễn Văn Hưởng ban hành Quyết định số 711/QĐ-BYT về việc thành lập Bệnh viện K trên cơ sở Khoa Ung thư của Bệnh viện Việt Đức. Giám đốc đầu tiên của Bệnh viện K là bác sĩ Phạm Thụy Liên, Phó Giám đốc là bác sĩ Lương Tấn Trường với tổng số cán bộ nhân viên gồm 68 người.
Năm 2000, cơ sở II của Bệnh viện K tại Tam Hiệp được thành lập và cơ sở III Bệnh viện K Tân Triều đi vào hoạt động từ năm 2012.
