В середині 19 століття в Києві часто спалахували епідемії інфекційних хвороб, а лікарень в місті було недостатньо. Працювали Кирилівський богоугодний заклад з лікарнею, але він знаходився далеко від центру, великий військовий шпиталь, маленькі лікарні при монастирях, а також клініка медичного факультету при університеті святого Володимира (нині КНУ імені Т. Шевченка), яка щороку закривалась на літні канікули. Міська влада обговорювала будівництво нової лікарні, де можна було б лікувати киян і навчати молодих медиків, але держава не виділяла на це коштів.

Нарешті в 1870 році імператор Олександр ІІ затверджує Міську реформу, яка дозволяє владі Києва самостійно розпоряджатися коштами та майном. В січні 1873-го новий склад міської думи вирішує будувати лікарню.

Київська влада пропонує назвати лікарню на честь цесаревича Олександра Олександровича — майбутнього імператора Російської імперії. Проте місце для медзакладу знайшли не відразу. Муніципальна комісія обрала ділянку у центрі, на схилі Кловського плато. Навколо були вільні землі, що давало можливість розширити лікарню в майбутньому. Єдина проблема, що обрана територія мала власника: раніше Міністерство державного майна подарувало ці землі Київському благодійному товариству. Тому місту довелося викупити 8 десятин землі за 17 тисяч рублів. Перед будівництвом ділянку освятили, а влітку 1874 року провели церемонію закладення майбутніх корпусів.

Крім міських коштів, залучили і пожертви від київських купців та можновладців, зокрема дружина міського голови княгиня
Олена Демидова-Сан-Донато надала 12 тисяч рублів на облаштування дитячого корпусу в пам'ять про померлого сина. Автором проєкту лікарні став київський архітектор Володимир Ніколаєв, а хід робіт особисто контролював міський голова Павло Демидов. Першу чергу будівництва закінчили за рік.

Лікарня мала два дерев'яні корпуси (бараки) на 65 ліжок та декілька господарських будівель — кухню, аптеку, приміщення для працівників, також звели морг. В листопаді 1875 року, через три дні після завершення будівництва, лікарню відкрили. Спочатку працювало всього три лікарі та 15 сестер милосердя, але надавали стаціонарну, амбулаторну та швидку медичну допомогу. На утримання лікарні щорічно виділяли 15 217 рублів.

Першим директором закладу стає професор Юлій Мацон, він запроваджує в Києві статистичні таблиці смертності та народжуваності населення.

У 1877 році почалася російсько-турецька війна. Товариство піклування про хворих та поранених воїнів та меценати брати Микола і Федір Терещенко дають кошти на будівництво чотирьох бараків для шпиталя. Після війни міській владі доводиться викупати ці будівлі, щоб облаштувати в них терапевтичне відділення Олександрівської лікарні.

В 1883 році лікарня стає базою медичного факультету університету святого Володимира. В цьому ж році починають зводити цегляні корпуси, які збереглися до нашого часу. Новий міський голова Густав Ейсман розпоряджається зробити закладку будівлі в день коронування Олександра ІІІ. У першому цегляному корпусі на двох поверхах розмістять клініки пропедевтики внутрішніх і нервових хвороб. Другий будують в пам'ять про трагічну загибель Олександра ІІ — притулок для людей похилого віку на 40 місць. Проєкти обох споруд знову робив архітектор Володимир Ніколаєв. Будівництво поспішають закінчити до 1885 року, адже тоді до Києва мав приїхати Олександр ІІІ. Міська влада дуже хотіла показати новому імператору лікарню, що носить його ім'я.

Наступного року біля нового цегляного корпусу будують аудиторії, де видатні лікарі могли б читати лекції студентам. Цей проєкт розробив архітектор Андрій Краусс, до нашого часу будівля не збереглась.

У 1889 році нарешті будують дитячий корпус. Кошти, які княгиня Олена Демидова-Сан-Донато пожертвувала на нього ще у 1874-му, лежали в банку, завдяки відсоткам сума збільшилася майже вдвічі. Міська влада додала ще 57 тисяч рублів, а архітектор Адольф Геккер розробив проєкт трьохповерхового цегляного корпусу. Будівництво завершили в 1891 році, а одну з палат назвали на честь померлого сина княгині. Очолив дитячу лікарню професор Василь Чернов, він вважається засновником дитячої хірургії в Україні.

У 1892 році на базі лікарні відкрили перший в Києві пологовий будинок. Проєкт разом розробили Адольф Геккер та Іполіт Ніколаєв — син першого архітектора закладу. Знову будівництво присвячують Олександру ІІІ — на честь 24-річчя його одруження. Проте імператор так і не побачив новий корпус — його відкрили в 1895 році, через рік після смерті монарха.

На той час лікарня мала 190 ліжок, не рахуючи 63 додаткових на випадок епідемії.

В 1898 році завідувач хірургічного відділення Микола Волкович вперше застосував косий розріз черевної стінки на операції з видалення апендициту, цей спосіб оперування назвали в честь лікаря.

До 1900 року в лікарні з'являються ще два нових корпуси, розроблені за проєктом Іполіта Ніколаєва. Будівлі робили з високоякісної цегли, фасади прикрашали візерунками з кладки і не оштукатурювали їх.

На цей час в лікарні було 335 ліжок, проте лише 116 — безкоштовні.

Розцінки такі:

1 рубль/доба – ліжко в окремій кімнаті;
80 копійок/доба – ліжко в загальній для приїжджих;
30 копійок/доба – ліжко в загальній для киян.

40 безкоштовних ліжок призначалися бідним міщанам, але витрати повинна була відшкодовувати міщанська управа.

В 1909 році лікарі Олександрівської Василь Образцов та Микола Стражеско вперше в світі поставили прижиттєвий діагноз тромбозу судин серця.

В 1903—1918 роках при лікарні працював навчальний заклад, де готували повитух. У ці роки Київ знову переживає епідемії інфекційних захворювань, тому в лікарні роблять окреме інфекційне відділення для дітей та збільшують кількість ліжок у дорослому.

У 1912 році в лікарні вже 640 ліжок, через епідемію діяли і тимчасові відділення. 150 ліжок виділили для платних хворих. Окрема палата коштувала 2 карбованці за добу.

До 1914 року збудували жіночий терапевтичний корпус на 90 ліжок, нові господарські споруди. Попри стрімкий розвиток, для всіх хворих місць не вистачало, тому в роки Першої світової продовжують зводити нові корпуси. На місці старих дерев'яних бараків будують чотириповерховий чоловічий корпус та відкривають новий гінекологічний, обидва проєкти розробили Іполіт Ніколаєв та інженер Сергій Смірнов.

З приходом більшовиків лікарню націоналізують та перейменовують на 14-ту міську лікарню імені Жовтневої революції, а кияни починають називати її «Жовтневою» лікарнею. До 1935 року заклад отримує мізерне фінансування, тому нові корпуси не будуються. Потім ситуація з грошима покращується, і в 1937 році відкривають нову поліклініку. На початку 1941-го у лікарні було 13 спеціалізованих відділень, 88 лікарів та 1220 ліжок.

У роки Другої світової більше ста працівників лікарні пішли на війну, серед них професори Андронік Чайка, Іван Іщенко, Микола Дудко, які стають головними хірургами у військових шпиталях та на фронтах. Під час німецької окупації Києва Жовтневу тимчасово назвали Першою міською клінічною лікарнею і виселили на вулицю Бульварно-Кудрявську, 25/27, а корпуси зайняв німецький шпиталь. Професор Анатолій Зюков так описує лікарню в період окупації:

«Красива і затишна клініка мала тепер жалюгідний вигляд: через забиті фанерою вікна в палати проникала зимова холоднеча, коливаючи тьмяне полум'я коптілок; замерзлі крани давно вже перестали давати воду і переповнені нечистотами вбиральні видавали нестерпний сморід. На ліжках, скоцюбившись від холоду, підклавши під голову штани або куртку, стогнали в тифозному маренні укриті шинелями радянські військовополонені».

Німецьке командування відправляло в лікарні лише воду, та й то в недостатній кількості. Закладу допомагали жителі міста, які потайки приносили картоплю чи бідони з пшоняним супом для пацієнтів. Після звільнення Києва лікарня повернулась в свої корпуси.

До 1947 року лікарня відновлювалась після німецької окупації та війни. Тепер працювало 17 спеціалізованих відділень, також проходили практику студенти київського медінституту (нині Медичний університет імені академіка О. Богомольця).

В 1951 році в одноповерховому корпусі №10 відкривають урологічну клініку на 100 ліжок (до того було лише відділення). Скоро вона стає найбільшим та найкраще оснащеним урологічним закладом в Україні. Там починають досліджувати проблеми дитячої урології та відкривають перше дитяче урологічне відділення.

В лютому 1966 році в закладі відкривається перше в Україні та друге в Радянському союзі відділення анестезіології та реанімації, а згодом рентгенорадіологічне.

У 1970-х в лікарні починають грандіозну реконструкцію, яка триває майже 20 років. Перебудовують старі та зводять нові корпуси: неврологічний, терапевтичний, кардіологічний, інфекційний, лікувально-діагностичний. Деякі відділення облаштовують в інших приміщеннях: дитячий корпус віддають під шкірне відділення, а в будівлі притулку для людей похилого віку відкривають реанімацію.

В 1978 році доктор медичних наук Олександр Грицюк засновує Республіканський ревматологічний та міський кардіологічний центри при лікарні. В центрі облаштовують науковий підрозділ з лабораторіями. Там працювали над вдосконаленням профілактики та лікування серцево-судинних захворювань.

В 1980 році Олександрівська лікарня долучається до медичного обслуговування Олімпійських ігор.

В цьому ж році на базі клініки відкривають лабораторію очного протезування.

Після аварії на ЧАЕС в лікарню приїжджали жителі Прип'яті та працівники атомної електростанції. В закладі облаштували чотири пункти санітарної обробки та надали допомогу 18 тисячам потерпілим. Лише в 1997 році 36 медиків, які працювали на цих пунктах, отримали посвідчення ліквідаторів.

У жовтні 1990 року під час Революції на граніті в цій лікарні перевіряли стан голодуючих студентів, шістьох з них довелося госпіталізувати.

За цей період медзаклад тричі перейменовували: в 1991 назвали Київською міською клінічною лікарнею №14, через два роки — Центральною міською клінічною лікарнею, а в 2007-му повернули історичну назву — Олександрівська клінічна лікарня.

Заклад продовжує розвиватись: відкривають нові та оновлюють старі відділення. В 1998 з'являється друге інфарктне відділення, в серпні 2001 — судинної хірургії, в 2002 — оновлюють реанімацію.

З 2010 року відкриваються інфекційна реанімація, відділення звукової діагностики, а також нефрології та діалізу.

В 2012-му лікарня обслуговує учасників та вболівальників Чемпіонату Європи по футболу, що проходить в Україні та Польщі.

Під час Революції Гідності 2013-2014 в клініку направляли постраждалих активістів. Після протистояння на вулиці Грушевського лише в очне відділення привезли 17 поранених.

В лютому 2020 в Олександрівській клінічній лікарні Києва кардіохірурги вперше в Україні провели операцію з імплантації механічного серця (LVAD).

На базі лікарні функціонують кафедри НМУ імені О. Богомольця та
НМАПО імені П. Шупіка, там працює близько 100 науковців.

Олександрівська лікарня одна з перших в столиці отримала експрес-тести на коронавірус. Хворих направляють в обидва інфекційних відділення.