上海伽玛医院经上海市卫生局、上海市外资委和上海市人民政府批准，成立于1992年4月，并于1994年5月4日正式开业。当年8月伽玛刀医院在国内率先引进世界当时十分先进的伽玛刀治疗计划系统——GammaPlan，较B型伽玛刀原有的KULA系统定位更精细准确、设计时间缩短，大大加快了工作流程。1997年医院成为患者治疗颅脑疾病的医保定点医院。1998年伽玛刀医院配置了瓦里安600C医用直线加速器，并引起当时国际上先进的调强适形放射治疗Peacock系统，在国内较早开展了调强放射治疗，标志着医院在放射神经外科、神经外科手术之后，运用高新技术综合治疗脑肿瘤进入了新的历史阶段，医院的放疗中心由此诞生。
1998年华山医院引进了正电子发射计算机断层扫描CT（）及医用回旋加速器，建立华山医院PET中心，落户于伽玛医院II期病房楼。2000年4月，华山医院神经外科集团医院伽玛分院成立，神经外科手术病人由医院开业初30例/月，增至100例/月。
2002年8月，伽玛刀医院引起当时先进的新一代高智能化自动化的LEKSELL C型伽玛刀。该设备将当时十分先进的GammaPlan计划系统与伽玛刀自动摆位系统（APS）结合，提高了治疗的精细准确性，治疗方案更优化，患者更舒适安全，极大程度地提高了伽玛刀的治疗水平，上海伽玛刀医院成为国内伽玛刀治疗的学术高地。之后，医院在设备上不断更新，并作为国家教育部卫和平顺确认的继续教育项目，举办《立体定向放射外科新技术新进展学习班》，为国家输送大量的专业技术人员。2015年10月，“上海伽玛刀医院”正式更名为“上海伽玛医院”。
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