第二军医大学附属长海医院胸心外科创建于1951年，是我国成立胸心外科专业较早的单位之一。我国著名的胸心外科专家蔡用之教授是我科的创始人和第一任科主任。1955年开展二尖瓣狭窄闭式扩张及其它心血管手术。1963年在国内首先开展人造心脏瓣膜的研究工作，并于1965年6月12日在国内首次应用国产球型心脏瓣膜替换二尖瓣成功，推动了我国心脏瓣膜外科的发展，在国内、外引起了很大的反响，评为当年国内十大科技新闻之一。1986年张宝仁教授任命为第二任科主任。1988年，成为全军胸心外科研究所，1997年我科实验室被批准为全军心脏外科重点实验室，1997年，胸心外科被批准为国家“211工程”重点建设学科，1998年被批准为上海市医学领先学科，2000年被评为全军医学专科中心“重中之重”研究所，2001年被批准为国家重点建设学科。2002年，徐志云教授任命为第三任科主任，领导胸心外科的事业继续向前发展。2002年被批准为上海市重点建设临床医学专科中心，同年成立上海长海医院胸心外科医院。1981年胸心外科成为硕士学位授权学科，1990年成为博士学位授权学科，1991年成为临床学科博士后流动站。
胸心外科近十年在医、教、研各项工作中均取得了突出的成绩，先后获得国家科技进步二等奖2项，国家高科技“火炬杯”奖1项，国家科技进步三等奖2项，军队医疗或科技进步一等奖3项、二等奖5项、三等奖3项。是全军学科建设标兵单位。
长海医院胸心外科与国际著名心脏外科中心有着密切的关系，共有5位客座教授，先后成立了了长海-百特-思达国际心血管外科技术交流中心；长海-世健会冠心病外科治疗中心；长海-美国国际儿童心脏基金会小儿先心病外科治疗中心；加拿大Alberta大学医学院临床医师培训基地。