上海市同仁醫院的前身之一——上海市長寧區同仁醫院，創建于清同治五年（1866年），美國圣公會傳教士湯藹禮牧師使用慈善捐款與華人牧師吳虹玉共同在今塘沽路大名路轉角處建立“同仁醫局”。1867年擴大規模，建立病房及手術室，更名為“同仁醫館”。1880年，正式定名為“同仁醫院”，1882年，同仁醫院成為圣約翰書院醫學院（上海交通大學醫學院前身）的教學基地，成為當時中國首屈一指的、兼具醫療和教育功能的綜合性醫院。1904年，醫院已擁有國內最先進的手術室、實驗室、X光機等先進醫療設備和國內第一輛救護車，成功開展了上海第一例眼科手術、卵巢切除手術和植皮術，成功治愈第一例精神失常病例和截癱病例，醫療技術享譽滬上。解放后，醫院由上海市人民政府接管，并于1957年劃歸長寧區成為長寧區同仁醫院。1978年遷址于今天的愚園路786號。2006年，與上海交通大學附屬仁濟醫院合作，成為該院的分院。
　　上海市同仁醫院的另一個前身——上海市長寧區中心醫院，是上海西區一所集醫、教、研、防于一體的二級甲等綜合性醫院，長寧區的區域醫療中心。醫院始建于1952年，前身為華東軍政委員會貿易部職工醫院，1959年更名為長寧區中心醫院。1980年被上海市紅十字會命名為“上海市長寧區紅十字醫院”。1999年搬遷至現址——長寧區仙霞路1111號。2010年，醫院加入上海市第六人民醫院醫療集團，成為集團第六家成員單位。
　　進入“十二五”規劃期，長寧區委、區政府大力推進社會事業的優質均衡發展，著力提高區域醫療衛生水平。于2012年，和上海交通大學醫學院簽訂“合作共建區域醫療衛生事業”的戰略協議。為了加快長寧區中心醫院的改造升級，也為了傳承長寧區同仁醫院的歷史底蘊和品牌優勢，兩所醫院于2013年12月8日正式合并，成立“上海市同仁醫院”，同時成為上海交通大學醫學院的附屬醫院。
　　上海市同仁醫院目前具備核定床位1047張，實際開放床位1196張，2012年門急診量226.85萬人次，住院3.91萬人次，手術13524人次。擁有消化內科、影像科、心血管科、骨科、介入診療科等市級重點專科；神經內科、內分泌科、呼吸內科、泌尿外科、肝膽外科、血管外科、急診科、檢驗科等區級特色專科；以及上海市醫務工會“紅旗文明崗”的內窺鏡室。
合并后的上海市同仁醫院將保留并融合原有學科優勢和醫療特色，逐步打造以消化道疾病診治為特色的一系列重點學科和一批優勢學科，用兩到三年的改造升級，建成一所建筑面積13萬平米，集醫療、預防、教學、科研、康復于一體的綜合性醫院，并達到三級綜合性醫院的技術水準和服務水平，為上海西區及周邊省市人群提供高效、優質、便捷的服務。