医院始建于1985年，原为广州市肿瘤医院。2000年，在广州医学院（现更名为广州医科大学）时任校长的钟南山院士亲自对广州市肿瘤医院进行考察，将肿瘤医院纳为广州医学院临床肿瘤研究中心。2006年1月，广州市政府正式将广州市肿瘤医院划归广州医学院，自此医院正式成为广州医学院直属附属医院。2013年，随着广州医学院升格为广州医科大学，医院再次更名为广州医科大学附属肿瘤医院。2015年底，医院成为全国首批通过新的三甲评审标准的肿瘤专科医院，跻身于华南地区肿瘤专科医院之列。

医院主要承担华南地区乃至国内外的肿瘤防治和研究工作。肿瘤外科常规开展包括腹腔镜、胸腔镜、膀胱镜、神经系统显微镜等微创技术的各类高难度、大型的手术。医院在国内首次提出体腔热灌注化疗技术方法，制订了高精度、大容量、持续循环的临床应用技术标准，建立起了标准化的体腔热灌注治疗规范。体腔热灌注化疗用于预防和治疗腹腔恶性肿瘤腹膜种植转移及其并发的恶性胸腹水疗效独特，能够有效地预防和治疗胃肠癌、肝胆胰腺癌、卵巢癌、肺癌等恶性肿瘤的种植转移，目前全国近400家三甲医院引入了腹腔热灌注化疗技术，在全国百强医院中，86家已经在使用这一广东制造，累计治疗26万例次，该科研项目获广东省科技进步一等奖、第十五届广东省丁颖科技奖，在国内具有较高的学术影响力。

肿瘤内科分为头颈肿瘤、胸部肿瘤、腹盆部肿瘤、淋巴瘤、血液肿瘤五个亚专业方向。包括全国肿瘤内科专家在内的专家团队技术力量雄厚，诊治技术一直保持国内先进水平。肿瘤内科在省内率先建立了广东省癌痛规范化治疗示范病房，极大地改善了患者的生活质量。内科开展了多功能时相静脉化疗灌注、微量泵化疗输注、改良式中心静脉置管术、动态化疗全程监护系统，化学性静脉炎的预防及护理，癌痛的评估及护理等肿瘤特色专科护理，为患者治疗提供了有力的保障。

放疗科设5个住院病区及1个放疗中心（机房及物理质控），是全国首批住院医师规范化培训基地，是国内较早开展宫颈癌三维适形近距离放疗的单位之一，鼻咽癌及宫颈癌放疗在广东省乃至全国享有较高的声誉。科室拥有放射肿瘤学医师、研究人员、物理师、计量师、放疗技师及护理队伍200余人。放射治疗设备齐全，已开展3DCRT、三维后装、IMRT、IGRT及SBRT等先进放疗技术，精确放疗比例超过90%，技术达国内先进水平。目前，放疗科承担了国家自然科学基金、省科技厅、省卫计委等科研项目；科室多名专家在省级及市级专业学会中担任副主委、常委及委员职务。放疗科是目前广东省内集医疗、教学和科研为一体的大型放射治疗中心之一，技术力量名列全省前茅。

如今，医院胃肠肿瘤、肝胆肿瘤、肺肿瘤、食管肿瘤、颅脑肿瘤、鼻咽癌、乳腺癌等疾病的规范诊治均达到国内的先进水平；肿瘤热灌注治疗技术、肿瘤微创治疗技术、全身立体定向适形放疗、调强放疗、四维放疗等技术。