เมื่อ พ.ศ. 2550 สำนักวิชาวิทยาศาสตร์การแพทย์ มหาวิทยาลัยนเรศวร วิทยาเขตสารสนเทศพะเยา จัดตั้งขึ้นเพื่อขยายโอกาสทางการศึกษาให้กับเขตพื้นที่ภาคเหนือตอนบน ซึ่งครอบคลุม 6 จังหวัด ได้แก่ พะเยา เชียงราย แม่ฮ่องสอน ลำปาง ลำพูน และน่าน ปีนั้นมีการเปิดรับนักศึกษารุ่นแรกใน 3 สาขาวิชา คือ เทคนิคการแพทย์ กายภาพบำบัด และสาธารณสุขศาสตร์

ต่อมาได้มีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างการบริหารงานภายในวิทยาเขต เตรียมพร้อมเป็นมหาวิทยาลัยเอกเทศ ได้เปลี่ยนชื่อ มหาวิทยาลัยนเรศวร วิทยาเขตสารสนเทศพะเยา เป็น มหาวิทยาลัยนเรศวร พะเยา พร้อมจัดตั้งสำนักวิชาสหเวชศาสตร์ แยกตัวออกจากสำนักวิชาวิทยาศาสตร์การแพทย์ เมื่อวันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2551 สำนักวิชาสหเวชศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร พะเยา ทำหน้าที่ผลิตบัณฑิตอันได้แก่ เทคนิคการแพทย์ กายภาพบำบัด สาธารณสุขศาสตร์ และวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการกีฬา

หลังจากนั้นสาขาวิชาสาธารณสุขศาสตร์ได้แยกตัวออกจากสำนักวิชาสหเวชศาสตร์ จัดตั้งสำนักวิชาแพทยศาสตร์ขึ้น เมื่อวันที่ 1 ธันวาคม พ.ศ. 2551 เพื่อผลิตบัณฑิตด้านการแพทย์และการสาธารณสุข และเริ่มจัดการเรียนการสอนนิสิตสาขาวิชาสาธารณสุขศาสตร์ แขนงวิชาอนามัยชุมชน และแขนงวิชาอนามัยสิ่งแวดล้อม และสาขาวิชาอาชีวอนามัยและความปลอดภัย ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2549 และเริ่มจัดการเรียนการสอนนิสิตสาขาวิชาการแพทย์แผนไทยประยุกต์ ในปีการศึกษา 2553 ต่อมาเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม พ.ศ. 2553 ได้ยกฐานะขึ้นเป็น คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยพะเยา