齐齐哈尔医学院附属第三医院1928年建院，首任院长张洪范奉命筹建医院，选址吉林省洮南县临街的一栋青砖房，定名为民国洮南铁路医院，仅凭寥寥器械、医护三人，勤力劳心，拓荒传医，以医者的胸怀，庇老护幼，济世救人。

        1935年7月8日，伪满洮昂铁道局迁至齐齐哈尔，改称齐齐哈尔铁路局，医院随之迁至齐齐哈尔，更名为齐齐哈尔铁路医院。

        从1931年至1945年间，医院院长及各科医长医员主要都是日本人，日本人桐原三郎取代张洪范任院长。

        1945年8月15日，日本帝国主义无条件投降，祖国光复，苏联红军进入齐齐哈尔接收铁路局，同时指派医院临时负责人，驱逐日本医员。

        1946年4月6日，东北民主联军对医院实行军管，由原中国人民解放军军事医学科学院副院长、第二军医大学原校长、中华医学会原副会长，三师卫生部部长吴之理率人接管医院并兼任院长。吴之理接管后，开始扩大医院规模，招收医生、护士和技术人员，增添医疗设备。开展的肠梗阻、胃切除手术已经在当时的黑龙江省内领先。

        1950年10月—1953年7月，抗美援朝战争期间，医院汇集了各领域的名家名医：红色经典小说《林海雪原》中人物白茹（小白鸽）的原型刘波当时任齐齐哈尔铁路中心医院副院长兼党小组长负责人。被誉为我国胸外科的奠基人之一黄家驷院士、外科学的先驱者沈克非、心脏内科学专家黄宛、我国烧伤科一代名师盛志勇院士等等，都跻身于此。名医名家借助医院特殊的地理位置和先进的医疗护理技术、设备、保障等优越条件，成为志愿军的后方医院，一同为抗美援朝的胜利作出不可磨灭的贡献。

        唐山大地震、SARS横行，在国家重大灾难之际，附三人奋战在救灾一线，兼济天下之志，保一方人民健康。

        2004年，医院从铁路剥离出来归属于齐齐哈尔医学院，更名为齐齐哈尔医学院附属第三医院（简称附属三院）。

        2007年，齐齐哈尔医学院附属第七医院（原齐车集团医院、齐齐哈尔市肿瘤医院）合并到医院，实行垂直管理。至此，形成了现在的齐齐哈尔医学院附属第三医院（齐齐哈尔医学院第三临床医学院、齐齐哈尔医学院附属肿瘤医院、齐齐哈尔市肿瘤医院）。

        2008年，建筑面积3.2万平方米，功能完备的17层新门诊综合大楼正式落成竣工。

        2015年，作为齐齐哈尔市最大的医疗单体建筑，9万平方米的23层病房综合楼交付使用。

        在齐齐哈尔医学院的正确领导下，医院现已发展成为集医疗、教学、科研、预防、保健于一体的三级甲等医院。

        医院现拥有额定床位2000张，现有职工2207人，具有高级职称以上的专业技术人员297人，硕士生、博士生学历占专业技术人员总数的20%。年出院病人4.1万余人次，年门急诊量60万余人次，手术例数近8300人次。医院花巨资引进了PET-MR/CT、飞利浦256层极速CT等国际、国内领先设备，强力支撑了学科发展。

        目前，医院康复医学科是黑龙江省中医重点专科；呼吸内科、肿瘤内科、胸心外科、普外科、骨外科、心血管内科、神经内科、病理科、中西医肿瘤内科是齐齐哈尔市重点专科；糖尿病研究所、脑囊虫研究所、微循环研究所是齐齐哈尔市级研究所；呼吸内科学、消化内科学、普外科学、骨外科学、胸心血管外科学是齐齐哈尔医学院重点学科；肺癌研究所、糖尿病研究所、胰腺胆道疾病研究所、冠状动脉硬化疾病研究所、结直肠肿瘤外科研究所是齐齐哈尔医学院研究所。消化科、泌尿外科、血管外科、乳腺科、妇产科、脑外科、肾内科、烧伤科、医疗美容科、肛肠科等科室已发展成为专科特色明显，技术水平领先的品牌特色科室。腔镜技术、介入技术、微创技术处于齐市领先水平。