北大医院前身为北京医科专门学校附设诊察所，后陆续更名为北京医科大学校附属医院、北平大学医学院附属医院等。1946年，医院随北平大学医学院并入北京大学，由此得名“北大医院”。1952年，全国高等学校院系调整，北京大学医学院独立建院，设立北京医学院，后又更名为北京医科大学，医院随之先后更名为北京医学院附属医院、北京医学院第 一医院、北京医科大学第 一医院。2000年，北京大学与北京医科大学再次合并，医院随之更名为“北京大学第 一医院”。2008年，医院成为中央保健基地医院。
百余年来，北大医院拥有着一批国内的首创专业学科以及在我国率先开展的诊疗技术，如国内首创儿科教研室（1929年）、泌尿外科（1946年）、肾脏病专业(1950年)、综合医院心血管病房（50年代）、小儿外科（1950年）、儿科神经专业（1961年）；建立全国早的麻醉科实验室（1961年）、个临床药理研究所（1980年）；在国内率先开展改进静脉麻醉（1951年）、宫颈癌根治术（1951年）、先心手术（50年代）、分娩镇痛（1955年）、肾移植手术（1960年）、人工晶体植入术（1983）、冠心病介入性（1986年）、胸腔镜手术（1992年）、泌尿外科腹腔镜手术（1992年）、微创切口肺移植（2005年）、经皮心室重建术（2013年）等；研制我国台体外冲击波碎石机（1984年）、台自体血液回收机（1990年）等，为我国的医学事业作出了的贡献。
北大医院因医学教育而生，始终坚持“立德树人”根本任务。自1977 年至今，医院累计培养本科生 3300 余人，研究生 4000 余人，其中包括硕士 2000余人、博士 2000余人。作为首批国家住院医师规范化培训示范基地，自2005年至今，累计规范化培训住院医师1100余人。现有本科生同期在院440余人，研究生同期在院740余人，毕业后继续教育900余人。
北京大学第 一医院依托国家高水平医院临床研究和成果转化能力试点项目，搭建生物样本库、研究型病房、交叉研究平台、大数据AI平台等，形成基础研究、转化研究、临床研究为一体的创新平台。在2022年度中国医院医院科技量值（STEM）排行榜中位列第14位，其中1个学科排名全国第 一，6个学科排名前十、9个学科排名前二十。近五年来，获批国家、省部市、校级和横向课题，以及临床试验合计2300余项，经费约16亿元，其中纵向课题超9亿元。累计发表论文6000余篇，SCI（即《科学引文索引》）收录论文3000余篇，其中部分发表在包括《Nature》、《New Engl J Med》、《JAMA》、《BMJ》等国际期刊上。获国家、教育部、北京市、中华医学会等科技成果奖70项，其中国家及部委级奖项12项。