上海市胸科医院心血管外科建立于1957年，是我国最早开展心血管手术的单位，迄今已完成各类复杂心血管手术数万例，并被国家命名为全国胸心外科培训基地，也是上海医学领先学科。
上海市胸科医院于1957年试制成功国内第一台鼓泡式体外循环机，并由顾恺时完成了第一例使用国产心肺机的体外循环手术。国产人工心肺机的研制成功标志着我国心脏外科手术进入了一个崭新的领域，对我国心脏外科手术的发展具有划时代的意义。1958年，顾恺时使用该院自行研制的人造血管为一例主动脉缩窄的患者成功施行了人造血管置换术。60年代，潘治、饶天健等开始研制以国产涤纶为原料的人工血管及心内修补材料。他们先后研制成功国产机织涤纶人造血管、国产机织涤纶毛绒型人造血管和国产涤纶心脏修补材料等，为我国心脏及大血管修复材料的发展作出了卓越的贡献，并先后获得上海市、卫生部、江苏省、苏州市、纺织工业部、国家科委科技进步奖及发明奖等。
1960年12月，顾恺时研制成功二尖瓣分离扩张器，进一步提高了闭式二尖瓣分离术的疗效和成功率。1961年7月，在苏式动脉导管钳闭器的基础上，心外科试制国产钳闭器成功，并应用于临床，使动脉导管闭合手术方法更简单和安全。1967年7月，开展针刺麻醉二尖瓣分离术获得成功，并进一步开展了针刺麻醉体外循环心内直视手术，1977年该技术获得国家科学大会奖。
1969年至1975年，潘治施行法乐氏四联症纠治术，手术死亡率为7.8%，达到国内领先水平，1977年获得上海重大科技成果三等奖。
1974年，潘治、周允中代表上海胸科医院参加上海“国产人工心脏瓣膜研制协作组”并负责瓣膜材料的埋藏毒性反应及部分动物实验研究。在各个协作单位的共同努力下，历时5年，终于研制出“国产各向同性炭侧倾式碟瓣”。1978年12月18日，继长海医院将国产人工瓣膜临床应用成功1周后，该院心脏外科由潘治主刀临床应用成功。该项成果获得上海市、解放军总后勤部及上海市卫生局科技成果奖。
1980年1月，心外科在潘治的带领下，依靠自己的力量开展冠状动脉旁路移植手术获得成功。在此基础上，心脏外科又开展了“术中冠状动脉腔内成形术”和“换瓣”合并“搭桥”手术，并取得冠脉搭桥及同期室壁瘤切除手术的成功。1986年，该院心血管外科在潘治主任领导下参加了国家卫生部冠心搭桥“7.5”国家重点科技攻关课题。
1987年，潘治、饶天健与上海塑料研究所合作研究的“聚四氟乙烯人造血管”项目获卫生部科技进步三等奖。
80年代后期，潘治等报道了连续1838例动脉导管未闭手术无死亡。这是迄今世界上有关动脉导管未闭手术论文中数量最多、治疗效果最好的报告。
1990年7月，“国产涤纶毡替代部分心肌组织的研究”、“国产膨体聚四氟乙烯人造血管的研究”、“机织涤纶毛绒型人造血管的研究”等三个项目被选送为90年全国医药卫生科技成果展览会展出项目。
1991年周运乾医师首例成功施行Bentall手术纠治马凡综合证。
1993年，潘治、周运乾、陈群等的“冠状动脉旁路移植综合技术的研究”获卫生部科技进步三等奖。 该课题系“ 七 ● 五 ”期间国家重点科技攻关项目，达到国内先进水平。术中冠状动脉腔内成形术在国内领先，有力地促进了我国冠状动脉外科的发展和推广。
1995年张卫医师在深低温选择性脑灌注下成功实行生动脉全弓置换。
1996年6月，邱兆昆、李颖则、李寿勖等的“9110例二尖瓣狭窄分离术的临床研究”获96年上海科技进步三等奖。
1997年心外科开始进行二尖瓣成形手术。
1997年李颖则医师成功开展小切口换瓣术。
1997 年8月20日 ，邱兆昆、张卫、顾伟礼等成功地完成了一例同种异体心脏原位移植手术。本例是继1978年瑞金医院短期存活病例后，上海市开展的第二例心脏移植手术病例。
1998年3月12日，“同种异体心脏移植”获第二届上海市临床医疗成果三等奖。
1998年李颖则医师开展不停跳搭桥及全动脉化搭桥手术。
2005年李颖则医师成功施行主动脉瓣深主动脉成功置换加降主动脉象鼻手术治疗主动脉夹层分离。
上世纪90年代末，心外科又相继开展了各种新技术：
·不停跳冠状动脉搭桥手术
·微创小切口手术
·二尖瓣成形手术
·房室缺封堵手术
·房颤术中消融手术
·急诊大血管手术
·覆膜支架大血管腔内植入手术
·心肺移植手术
心外科注重人才梯队培养。迄今已选送多名中、青年技术骨干赴欧、美等国参观学习，带来了国外先进的技术与经验，促进了学科的发展，并建立了一支具有较高专业素质的心脏外科手术团队。
心外科现有硕士生导师２名，已培养多名心脏外科硕士研究生，并且在该院胸心外科全国培训基地的培养工作中承担重要任务，每年带教来自全国各地的数十名进修医师，使他们成为当地医院的重要技术骨干，为推动我国心脏外科的普及与发展作出了重要的贡献。
心外科每年在我国重要专业胸心外科杂志上发表多篇论著，已出版发行的专著及译著有：《胸心外科手术学》、《顾恺时胸心外科手术学》、《心脏外科手术学－安全措施及失误防范》、《心脏外科解剖学》等。其中《顾恺时胸心外科手术学》集中了包括台湾在内的我国上百名胸心外科领域的知名学者参加编著工作，是国内最具影响力的胸心外科手术学专著之一。
心外科现有病床112张，其中包括2个成人病区1个先心病区及一个监护室。现有医生20余名，其中主任医师4名，副主任医师10名，硕士研究生导师2名。
