1886年，清光绪十二年，美国基督教“卫理公会”的兰大夫、卫大夫在崇文门的孝顺胡同开办名为“同仁医院”的眼科诊所。
1899年，“卫理公会”的霍甫金斯·贺庆先生捐资教会在北京东交民巷东口(现北京同仁医院地址)使馆区内选定并购妥院址，开始筹备兴建工程。
1913年，医院在西山选定基地建造楼房，命名为“天然疗养院”，专门结核病。
1914年，医院南楼建成。同年，西病房楼落成。医院的病房设在西楼，分为三层，有眼科、内科和外科病房，眼科约占1/2。
1917年，医院北楼落成，贺庆院长得到了中华博医学会的资助，聘请美国医生潘提司先生来院工作，设立牙科。1918年与协和医院合办牙科专门医学校。
1918年，由于贺庆家族的捐资，新址落成后，英文名称改为“贺约翰氏捐建美以美会医院”。1927年贺庆大夫退职以后，医院英文名称再次更改为“贺氏纪念医院”。
1942年，日伪北京特别市公署卫生局接收同仁医院全部资产，日伪北京市卫生局将同仁医院改为“市立第二医院”，贺庆院长被迫离职。
1945年5月，医院又由日本“开发医疗组合”接管，改名为“开发医院”。
1945年11月14日，卫理公会会督江长川、美国代表白辅德致函北平卫生局，要求将医院收回管理。次年1月，卫理公会收回了医院，恢复使用同仁医院的名称。
1949年4月，在中共北京市委及市总工会的领导下，医院建立了工会。同年11月，建立了新民主主义青年团。
1952年7月，医院与北京市妇婴医院合并，更名为“北京市同仁医院”，增设了妇产科、小儿科。
1953年8月，北京市人民政府正式接管医院，更名为“北京市立同仁医院”。
1955年，医院更名为“北京市同仁医院”。
1958年10月，北京市政府决定将同仁医院的神经外科全部迁到以神经外科为中心的宣武医院。
1959年，眼科研究所成立，设有微生物、病理、生理研究室，罗宗贤教授任所长。
1966年，文化大革命开始后医院更名为“北京市工农兵医院”。
1979年，医院复名“北京市同仁医院”。
1994年，更名为“首都医科大学附属北京同仁医院”。
在临床相关研究方面，眼底专科开展了增生性玻璃体视网膜病变发病机制的研究，视网膜下人工假体植入技术及组织相容性研究，高度近视眼致病基因定位及蛋白质组学分析，黄斑营养不良的致病基因定位研究，年龄相关性黄斑变性发病危险因素和早期干预研究，以及眼病的流行病学研究等。持续不断的获得了多项及省部级课题经费的支持。发表了系列高质量研究论文，形成了同仁品牌效应和国际影响力。北京同仁医院眼底专科坚持以临床服务为根本，以科研创新为导向，医疗、教学、科研、预防发展的目标，推动了创新型的科学研究工作的持续开展和学科临床服务水平的不断提高。
青光眼科一直以来就是同仁眼科的重点专业。多年来，在国内眼科学界长期占据优势地位，并在国际上享有一定的影响力。目前，青光眼科是中华医学会眼科学分会青光眼学组组长单位，也是中国医师协会眼科学分会青光眼委员会主任委员单位。
青光眼科主要的特点和优势是注重临床和科研相结合。在保持原有临床技术优势的情况下，注重基础科研工作，在国内学术界具有优势。
北京同仁医院眼外伤专科成立于1968年，是国内早成立的集临床、科研、教学于一体的眼外伤专科。北京同仁眼外伤专科技术力量雄厚，学科梯队合理，拥有包括多位经验丰富、享有盛誉的专家和教授在内的近20名副主任医师以上职称的高级专业人才。每月专家门诊量在1700人次以上，固定病床50余张，年手术量达5000人次以上。