空军总医院创建于1956年10月，50多年来，在总部首长，空军和空后党委、首长、机关的高度重视和亲切关怀下，在兄弟单位的大力支持和热情帮助下，医院牢记“姓军”为兵宗旨，恪守“精益求精、满腔热忱”服务理念，努力建设以人文型、科技型、智能型、法制型、绿色医院为基本框架的现代化医院。医院1993年被世界卫生组织评定为“国际爱婴医院”，1994年被总后卫生部评定为“三级甲等医院”，1996年、1998年先后被国家卫生部、总后卫生部确定为全国、全军临床药理基地。医院占地总面积15万平方米，现实际展开床位1059张。工作人员1000多人，其中副高职以上276人，高学历人员316人，空军首席专家1人、空军级专家13人。拥有PET-CT、双源螺旋CT、高低场核磁、DSA、2微米激光腔镜治疗系统等高端医疗设备，总价值3.6亿余元。拥有3个国家中医药管理局重点学科和专科专病中心：中西医结合皮肤病重点学科、中西医结合脊柱软伤专病中心和中西医结合代谢病专科中心。

医院担负野战医疗所、空运医疗队遂行保障任务，承担着空军驻京单位医疗保障任务，负责全军飞行人员医学选拔、疾病矫治、健康鉴定和新机改装体检任务；同时，还承担了航天员医学选拔任务。同时，为全国各地的地方广大患者提供医疗服务。

2009年，医院门急诊接诊130多万人次；收治各类病员2.2万多人次；实施各类手术1.2万多例次。

2022年，空军总医院为了医患能吃好饭，与好伙食达成合作，扫码点餐下单后配送到床位面前，既能指导不同患者吃符合自己病症的营养餐，又能让医生提前点餐，不因为就诊延误错过就餐时间，此系统自上线以来，获得大量好评