มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ มีนโยบายจัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2522 โดยมีศ.ปรีดี พนมยงศ์ ดำรงตำแหน่งอธิการบดี โดยมีการจัดตั้งคณะกรรมการร่างโครงการจัดตั้งขึ้นชุดหนึ่ง และได้ดำเนินการอย่างจริงจังในสมัย ศาสตราจารย์คุณหญิงนงเยาว์ ชัยเสรี ดำรงตำแหน่งอธิการบดี โดยสภามหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ในการประชุมครั้งที่ 8/2526 ได้ให้ความเห็นชอบเกี่ยวกับนโยบายทางวิชาการของมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ในการที่จะส่งเสริมและสนับสนุนการศึกษาทางวิทยาศาสตร์การแพทย์ประยุกต์ โดยเฉพาะการผลิตบัณฑิตแพทย์ และมอบหมายให้อธิการบดีดำเนินการตามนโยบาย

มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ได้ดำเนินตามแผนโดยการสร้างโรงพยาบาลขึ้น โดยศาสตราจารย์คุณหญิงนงเยาว์ ชัยเสรี ดำรงตำแหน่งอธิการบดี มีคำสั่ง ที่ 747/2529 ลงวันที่ 25 สิงหาคม 2529 แต่งตั้งคณะกรรมการจัดหาทุนสร้างโรงพยาบาลธรรมศาสตร์เฉลิมพระเกียรติ มีศาสตราจารย์ สุธี นาทวรทัน เป็นประธานกรรมการ และ นายประมวล สภาวสุ รัฐมนตรีว่าการกระทรวงการคลัง ในขณะนั้น เป็นประธานกิตติมศักดิ์ ระดมทุนจากศิกษ์เก่าทั้งในประเทศและต่างประเทศ

การดำเนินการจัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ ได้ดำเนินการต่อมาอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งสภาพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ เห็นชอบด้วยตามหนังสือของสำนักเลขาธิการคณะรัฐมนตรี ที่ นร.0203/126 ลงวันที่ 30 พฤศจิกายน 2529 ซึ่งอธิการบดีได้พบปลัดทบวงมหาวิทยาลัย ขอดำเนินการโรงพยาบาลให้ครบ 1 ปีก่อน เพื่อเป็นพื้นฐานของคณะแพทยศาสตร์ แล้วจึงจะดำเนินการเรื่องคณะแพทยศาสตร์ โดยมีการสานต่อในสมัย ศาสตราจารย์เกริกเกียรติ พิพัฒน์เสรีธรรม ดำรงตำแหน่งอธิการบดีในปี พ.ศ. 2531 ในการดำเนินการได้มีการประสานกับกระทรวงสาธารณสุข เพื่อหาแนวทางร่วมกันในการผลิตบัณฑิตแพทย์พึงประสงค์ อันสอดคล้องกับนโยบายผู้บริหารมหาวิทยาลัย และนโยบายของทบวงมหาวิทยาลัย ซึ่งสภามหาวิทยาลัยได้พิจารณาอนุมัติโครงการจัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ ในเดือนสิงหาคม 2531 คณะรัฐมนตรีมีมติให้จัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ขึ้นในมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ เมื่อวันที่ 30 มกราคม 2533

พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวฯ ทรงลงพระปรมาภิไธยในพระราชกฤษฎีกา การจัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ เมื่อวันที่ 19 มีนาคม 2533 มีผลใช้บังคับในวันถัดมา คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ เป็นคณะแพทย์อันดับที่ 9 ของประเทศไทย มีการแบ่งส่วนราชการของคณะแพทยศาสตร์ เป็น 4 ส่วน คือ สำนักงานเลขานุการสถานวิทยาศาสตร์พรีคลินิก สถานวิทยาศาสตร์คลินิก และโรงพยาบาลธรรมศาสตร์เฉลิมพระเกียรติ

ในปี พ.ศ. 2543 สภามหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ซึ่งขณะนั้น ศาสตราจารย์ คุณหญิง นงเยาว์ ชัยเสรี เป็นนายสภามหาวิทยาลัย มีคำสั่งให้การบริหารโรงพยาบาลธรรมศาสตร์เฉลิมพระเกียรติ เป็นอิสระโดยสังกัดสำนักงานอธิการบดี แยกออกจากคณะแพทยศาสตร์ ดังนั้นด้วยความเห็นชอบของคณะกรรมการประจำคณะจึงได้มีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างบริหารคณะ โดยถือหลักการปรับโครงสร้างของคณะแพทยศาสตร์ให้สอดคล้องกับแผนยุทธศาสตร์ พันธกิจ วัตถุประสงค์ ของคณะแพทยศาสตร์

และในปี พ.ศ. 2553 คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ได้ดำเนินการจัดการเรียนการสอนมาเป็นระยะเวลาครบ 20 ปี จึงได้มีโครงการจัดทำหนังสืออนุสรณ์ กิจกรรมทางวิชาการรวมถึงการประชุมวิชาการต่าง ๆ และมีการจัดกิจกรรมเฉลิมฉลองในวาระดังกล่าว อีกทั้งได้มีการจัดทำตราสัญลักษณ์ "20 ปี แพทย์ธรรมศาสตร์" เพื่อเป็นการประชาสัมพันธ์กิจกรรมต่าง ๆ ของคณะตลอดปีการศึกษาอีกด้วย