Формирование онкологической службы в Ростове-на-Дону началось с организации 1 апреля 1928 года Краевого рентгенорадиологического отделения. Его ядром служили мощный для того времени рентгеновский аппарат «Стабивольт», установленный в рентгенкабинете, и 25 коек, выделенных в гинекологической и хирургической клиниках Донского медицинского университета. Заведовал новым отделением профессор Пётр Иванович Бухман.
27 октября 1930 года на заседании организационного совещания Крайздравотдела (протокол № 14) по докладу П.И. Бухмана было принято решение о реорганизации Краевого Рентгено-радиологического отделения в Краевой Рентгенорадиологический онкологический институт и его размещении в административном здании бывшей Николаевской больницы.
Директором института был назначен П.И. Бухман. Сотрудниками института стали ординаторы и ассистенты клиник мединститута, специалисты городских больниц по совместительству. Открытие Краевого рентгено-радиологического онкологического научно-исследовательского института состоялось 1 января 1931 года.
Хирургические и гинекологические больные из клиник мединститута были переведены на базу онкологического института 8 января 1931 года, которому были выделены полтора этажа административного корпуса Николаевской больницы. Был развернут стационар на 50 коек, операционная, перевязочная, лаборатории, подсобные службы. Под лаборатории была отведена одна комната, в которой теснились паталогоанатомическая, клинико-диагностическая и биохимическая лаборатории.
Великая Отечественная Война 1941-1945 годах прервала работу института. Почти все сотрудники института были призваны в ряды Красной Армии и работали в госпиталях на фронте и в тылу. Лишь в 1943 году, после изгнания немецких захватчиков из Ростова, был организован онкопункт в Центральной городской больнице, в котором уже через 2 месяца стали лечить онкологических больных. Позже онкопункт был преобразован в онкологическое отделение Центральной городской больницы, которое стало клинической и научной базой возрожденного в октябре 1945 года Ростовского областного Научно-исследовательского института рентгенологии, радиологии и онкологии.
Доктор медицинских наук, профессор А.И. Домбровский руководил институтом с 1945 года по 1946 год. Начата подготовка онкологов в клинической ординатуре с привлечением к преподаванию ведущих специалистов Ростова-на-Дону. Разработана тематика научных работ.
В 1946 году А.И. Домбровский передал руководство институтом своему заместителю – кандидату медицинских наук, доценту А.С. Кричевскому.
А.С. Кричевский был директором института с 1946 по 1951 годы. Под его руководством произошло расширение материальной базы медучреждения и укрепление штатными научными и практическими кадрами онкологов. Продолжалась подготовка онкологов и радиологов для Ростовской области и Северного Кавказа.
В 1951 году директором института был назначен кандидат медицинских наук П.Н. Снегирев. Ведомственная реорганизация института, имевшего ранее областной статус, в Ростовский научно-исследовательский институт рентгенологии, радиологии и онкологии МЗ РСФСР произошла в 1956 году. В старой части нашего города, бывшей Нахичевани, появилась его самостоятельная база, где разместились клиника на 60 коек, поликлиника, организационно-методический и экспериментальный отделы.
На основе отделения общей онкологии были выделены койки для урологических, гинекологических и ЛОР-больных. Активизировалась подготовка кадров для курируемого региона.
C 1962 по 1982 годы институтом руководил доктор медицинских наук, Заслуженный деятель науки РСФСР, профессор Александр Калистратович Панков. В этот период произошло значительное расширение материальной базы института. Коечный фонд клиники вырос до 465 коек; лучевая терапия осуществлялась на установках «Агат». Заметно увеличилась хирургическая деятельность, что связано с формированием хирургической школы А.К. Панковым, который был опытным и разносторонним хирургом.
С 1982 по 2010 годы институт возглавлял академик РАН, Заслуженный деятель науки РФ, Заслуженный изобретатель России, лауреат Государственной премии РФ, профессор Юрий Сергеевич Сидоренко.
За эти годы построено и реконструировано 11 корпусов и созданы новые отделения. Коечный фонд института является одним из самых больших в России.
В сентябре 2010 года директором института стал доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, Заслуженный врач РФ Олег Иванович Кит. В 2010 году началась модернизация научной деятельности института, обновлена материально-техническая база РНИОИ. В институте проведен капитальный ремонт, создан лабораторно-диагностический центр, открыто несколько научно-экспериментальных лабораторий. В том числе лаборатория молекулярной онкологии с биобанком, испытательный лабораторный центр с виварием, лаборатория клеточных технологий.
Сотрудники института стали активно стажироваться за рубежом, участвовать в международных конференциях, что позволило учреждению выйти на мировой уровень по оказанию онкологической помощи и стать одним из лидеров в развитии онкологической науки. В 2020 году институту был присвоен новый статус и название - Национальный медицинский исследовательский центр онкологии (ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России).