มหาวิทยาลัยนเรศวร จัดทำโครงการจัดตั้งคณะแพทยศาสตร์เสนอขอปรับเข้าไว้ในแผนฯ 7 แล้ว และคณะรัฐมนตรีก็ได้มีมติให้ความเห็นชอบแนวทางการจัดการศึกษาของคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร โดยให้มีการจัดตั้งคณะวิทยาศาสตร์การแพทย์ ซึ่งมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อรองรับการจัดการเรียนการสอนนิสิตแพทย์ระดับชั้นปรีคลินิก (Pre-clinic) ให้การสนับสนุนงานวิจัยกับอาจารย์และนิสิตในคณะและสาขาวิชาในกลุ่มวิทยาศาสตร์สุขภาพ ได้แก่ นิสิตในสาขาวิชาแพทยศาสตร์ สาขาวิชาทันตแพทยศาสตร์ สาขาวิชาเภสัชศาสตร์ สาขาวิชาพยาบาลศาสตร์ สาขาวิชาสาธารณสุขศาสตร์ สาขาวิชาเทคนิคการแพทย์ สาขาวิชาเทคโนโลยีหัวใจและทรวงอก สาขาวิชากายภาพบำบัด และสาขาวิชารังสีเทคนิค ในระดับปริญญาตรี

ต่อมาได้โอนหน่วยงานภาควิชากายวิภาคศาสตร์ ภาควิชาสรีรวิทยา ภาควิชาปรสิตวิทยา ของคณะแพทยศาสตร์ และภาควิชาชีวเคมี ภาควิชาจุลชีววิทยา ของคณะวิทยาศาสตร์ มาเป็นภาควิชากายวิภาคศาสตร์ ภาควิชาสรีรวิทยา ภาควิชาชีวเคมี และภาควิชาจุลชีววิทยาและปรสิตวิทยา สังกัดคณะวิทยาศาสตร์การแพทย์ มหาวิทยาลัยนเรศวรทั้งหมด

สภามหาวิทยาลัยนเรศวร ได้มีมติเห็นชอบการจัดตั้งคณะวิทยาศาสตร์การแพทย์ มหาวิทยาลัยนเรศวร เมื่อวันที่ 22 กันยายน พ.ศ. 2544