Fram till slutet av 1800-talet hade kirurgi varit den enda behandlingsformen. Röntgenstrålarna upptäcktes 1895 och togs genast i medicinskt bruk precis som radium något år senare. Den medicinska specialiteten radioterapi utvecklades snabbt och introducerades omgående i Sverige.

Efter att ha legat på Fjällgatan på Södermalm under mer än 20 år flyttade Radiumhemmet 1938 in på det nya sjukhusområdet vid Norrbacka och blev en del av Karolinska Sjukhuset. Cancerföreningen i Stockholm drev Radiumhemmet fram till 1941 då det överlämnades i statlig ägo.

På 1970-talet omvandlades de så kallade Radioterapeutiska klinikerna i Sverige till onkologiska kliniker (av grekiska onkos, ”svulst”) med ansvar för all icke-kirurgisk cancerterapi. Sedan 1982 drivs sjukhuset av Stockholms läns landsting.

Namnet – efter grundämnet radium som Marie Curie renframställt och döpt efter det latinska ordet för stråle – antyder att man ville skapa en så hemlik miljö som möjligt för patienterna som till en början rekryterades från hela landet.