โรงพยาบาลเวชศาสตร์เขตร้อนก่อตั้งเมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2504 โดย ศาสตราจารย์ นายแพทย์ จำลอง หะริณสุต และศาสตราจารย์ แพทย์หญิง คุณหญิงตระหนักจิต หะริณสุต เป็นหน่วยงานในคณะเวชศาสตร์เขตร้อน มหาวิทยาลัยมหิดล ณ ตึกเวชกรรมเมืองร้อน อาคาร 3 ชั้น มีศาสตราจารย์ แพทย์หญิง คุณหญิงตระหนักจิต หะริณสุต เป็นผู้อำนวยการโรงพยาบาลคนแรก โรงพยาบาลเปิดรับรักษาเฉพาะผู้ป่วยใน ซึ่งเป็นผู้ป่วยที่ถูกส่งมาจากโรงพยาบาลศิริราช หรือสถานพยาบาลอื่น ๆ ในสมัยนั้นมีหอผู้ป่วยเพียงหอเดียว เป็นหอผู้ป่วยรวม ใช้ฉากกั้นระหว่างผู้ป่วยชายและผู้ป่วยหญิง มีจำนวน 20 เตียง

ในปีต่อมามีผู้ป่วยมาขอรับบริการที่โรงพยาบาลเพิ่มมากขึ้น ทางโรงพยาบาลจึงได้มีการจัดส่วนหนึ่งของหอผู้ป่วยทำเป็นแผนกตรวจผู้ป่วยนอก นับเป็นจุดเริ่มต้นของแผนกผู้ป่วยนอก หลังจากนั้นก็ได้มีการก่อสร้างอาคารใหม่ 5 ชั้น เพื่อรองรับกับจำนวนผู้ป่วยที่มาขอรับบริการ โดยสร้างอาคารเสร็จเมื่อเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2507 และได้ทำการย้ายผู้ป่วยไปยังอาคารใหม่ มีการดัดแปลงห้องผู้ป่วยเดิมเป็นแผนกผู้ป่วยนอก และขยายการบริการไปเรื่อยๆจนครบทั้งหมด 5 ชั้น จากช่วงที่เริ่มเปิดโรงพยาบาล มีเตียงผู้ป่วยเพียงแค่ 20 เตียง แต่ได้มีการพัฒนาโรงพยาบาลเรื่อยมาจนในปัจจุบันมีความสามารถในการรองรับผู้ป่วยได้ถึง 250 เตียง แบ่งเป็น เตียงผู้ป่วยสามัญ เตียงผู้ป่วยพิเศษ เตียง ICU เป็นต้น

โรงพยาบาลเวชศาสตร์เขตร้อน เป็นโรงพยาบาลเฉพาะทางที่ให้การบริการรักษาโรคเขตร้อน ได้แก่ โรค มาลาเรีย โรคพยาธิต่าง ๆ โรคตับ โรคติดเชื้อจากแบคทีเรีย ไวรัส เชื้อรา นอกจากนี้ยังมีให้บริการตรวจโรคมาลาเรียตลอด 24 ชั่วโมง และรักษาโรคทางอายุรกรรมทั่วไป และเปิดให้บริการการรักษาพยาบาลคลินิคพิเศษต่าง ๆ เช่น คลินิคพยาธิตัวจี๊ด คลินิคเวชศาสตร์การท่องเที่ยวและการเดินทาง (Travel Clinic) คลินิคโรคทางเดินอาหาร โรคตับ คลินิคเวชศาสตร์แผนจีน (ฝังเข็ม) หน่วยเวชศาสตร์แผนไทย แต่เนื่องจากโรคพยาบาลเวชศาสตร์เขตร้อนเป็นโรงพยาบาลเฉพาะทาง จึงไม่มีแผนกศัลยกรรม แผนกสูตินรีเวช แผนกอุบัติเหตุ

นอกจากภารกิจในการให้บริการคนไข้แล้ว โรงพยาบาลเวชศาสตร์เขตร้อนยังมีส่วนสำคัญช่วยสนับสนุนคณะเวชศาสตร์เขตร้อนในงานวิชาการด้านต่าง ๆ ทั้งการสอน การวิจัย และเป็นที่ศึกษาดูงานของแพทย์และบุคลากรทางการแพทย์ทั้งชาวไทยและชาวต่างประเทศ