Początek działalności CO-I Oddziału w Krakowie przypada na rok 1951 kiedy to w budynku dawnej lecznicy związkowej w styczniu 1951r z inicjatywy profesora Franciszka Łukaszczyka, utworzono w Krakowie szpital onkologiczny. 24 marca 1951r. na mocy rozporządzenia Rady Ministrów placówce został nadany status Oddziału Instytutu Onkologii im. Marii Skłodowskiej - Curie w Warszawie. Pierwszym dyrektorem nowo utworzonego oddziału Instytutu Onkologii został dr med. Emil Wyrobek. Początkowo szpital liczył 90 łóżek, ale wkrótce zwiększono tę liczbę do 120. W krakowskim Oddziale Instytutu działała wówczas przychodnia; uruchomiono także oddziały leczenia radem i promieniami Roentgena, oddział chirurgiczny oraz niezbędne pracownie diagnostyczne.
W 1954r. dyrektorem została prof. dr med. Hanna Kołodziejska-Wertheim, która podjęła trud stopniowego przekształcania szpitala onkologicznego w nowoczesny instytut o wyraźnie określonym profilu działalności klinicznej oraz naukowo-badawczej. W strukturze powstającego krakowskiego oddziału Centrum Onkologii nie przewidywano zakładów prowadzących badania podstawowe, miała to być z założenia placówka prowadząca badania kliniczne i parakliniczne. Dla realizacji tych zadań konieczne było nie tylko opracowanie i wdrożenie koncepcji organizacyjnej oraz wyszkolenie kadry specjalistów, ale również systematyczne zdobywanie odpowiedniego wyposażenia i wymaganej dla niego bazy lokalowej. Stopniowo Anna Urban zorganizowała pracownię histopatologii nowotworów, Antonina Marczyńska – pracownię analityki i chemii klinicznej, Wisława Szymczyk – pracownię fizyki medycznej, zaś Zygmunt Kopera – pracownię diagnostyki radiologicznej. Stanisław Nowak, Tadeusz Mizia, Wojciech Medvey stworzyli oddział ginekologiczny, Halina Glińska – oddział onkologii ogólnej, Janina Kujawska – pracownię rentgenoterapii, a Jan Oszacki i Maria Leńczyk – oddział chirurgiczny. W połowie lat 60. prof. Hanna Kołodziejska zainicjowała badania z zakresu epidemiologii nowotworów, których prowadzenie przejął później Janusz Pawlęga.
Wyrazem uznania dla rozwijającej się aktywności naukowo-badawczej zespołu pracowników krakowskiego oddziału Instytutu Onkologii było uzyskanie w 1964r. statusu zakładów przez pracownie oraz statusu klinik przez oddziały. Instytut systematycznie powiększał swoją bazę lokalową. W 1971r. ukończono budowę pawilonu do radioterapii, w którym zainstalowano aparat do telegammaterapii kobaltem 60 i betatron o maksymalnej energii fotonów 18 MeV. Dzięki tym inwestycjom krakowski Oddział Instytutu Onkologii stał się pierwszą w Polsce placówką dysponującą możliwością stosowania radioterapii elektronowej. Równolegle z rozbudową infrastruktury Instytutu wprowadzano nowe jednostki organizacyjne, odpowiadające rosnącym potrzebom nowoczesnej onkologii oraz wymogom systemu ochrony zdrowia. W 1974 r. w miejsce Kliniki Onkologii Ogólnej powołano Klinikę Chemioterapii (kierowaną wówczas przez Marka Pawlickiego) i Klinikę Radioterapii (kierowaną przez Jana Skołyszewskiego). W roku 1978r, w efekcie starań Jana Skołyszewskiego, krakowski oddział Centrum Onkologii jako jeden z nielicznych wówczas ośrodków na świecie, wdrożył radioterapię neutronową. Stało się to możliwe dzięki współpracy z Instytutem Fizyki Jądrowej w Krakowie, który dysponował cyklotronem, zaadaptowanym do celów radioterapii. W tym samym roku zostały oddane do użytku nowe budynki o łącznej kubaturze 20 000 m3, w których miejsce znalazły: Klinika Ginekologii Onkologicznej, Oddziały A i B ówczesnej Kliniki Radioterapii oraz Klinika Chemioterapii, a także ambulatoria, dział dokumentacji lekarskiej, pracownia epidemiologii i prosektorium. Dzięki temu liczba łóżek szpitalnych wzrosła do 220, a pacjenci zgłaszający się do Instytutu otrzymali komfortową, jak na owe czasy, przychodnię.
W 1980r. stanowisko dyrektora krakowskiego Oddziału Instytutu objął profesor Jan Skołyszewski. W tym czasie zakończono adaptację, przekazanego Instytutowi w 1975r., sąsiedniego budynku przy ul. Garncarskiej 9. W nowych pomieszczeniach zlokalizowano: część pomieszczeń Kliniki Chirurgii Onkologicznej, Pracownie Radiobiologii i Immunologii, Zakład Fizyki Medycznej, Dział Techniczno-Aparaturowy oraz administrację.
W czerwcu 2001r. na stanowisko Dyrektora Centrum Onkologii – Instytutu im. Marii Skłodowskiej - Curie, Oddział w Krakowie został powołany prof. Marian Reinfuss, długoletni Kierownik Zakładu Radioterapii.
W pierwszych latach XXI wieku Klinika Radioterapii zostaje przekształcona w Klinikę Nowotworów Głowy i Szyi (kierowaną przez prof. Bogdana Glińskiego), Klinikę Nowotworów Jamy Brzusznej (kierowaną początkowo przez doc. Teresę Kowalską, a później przez dr Jerzego Jakubowicza) oraz Klinikę Nowotworów Piersi i Klatki Piersiowej (kierowaną przez prof. Stanisława Korzeniowskiego). Kilka lat później wymienione Kliniki połączono w Klinikę Onkologii, kierowaną obecnie przez prof. dr hab. med. Jerzego Jakubowicza. Klinika Chemioterapii uległa przekształceniu w Klinikę Nowotworów Układowych i Uogólnionych, którą początkowo kierował dr Janusz Rolski, a później dr Ida Cedrych.
W 2003 r. zakończono, prowadzoną od 1998 r., rozbudowę Zakładu Radioterapii, zapewniając pomieszczenia dla 4 akceleratorów, rozbudowanych systemów planowania leczenia, łącznie z tomografem komputerowym i symulatorem.
W 2005r. nadbudowano w budynku Przychodni Przyklinicznej dodatkowe piętro. Dzięki temu, stało się możliwe nie tylko otwarcie dalszych poradni, w tym Poradni Urologii Onkologicznej, ale także w istotny sposób poprawił się komfort oczekiwania chorych na porady. W uzyskanych dzięki tej inwestycji pomieszczeniach była ponadto możliwa organizacja, należącego do Kliniki Chirurgii Onkologicznej, nowoczesnego Oddziału Chirurgii Jednego Dnia, a także w nowej części budynku znalazło miejsce Archiwum Dokumentacji Medycznej.
Także w 2005 roku pracę rozpoczął oddział Chemioterapii Dziennej, a od 2006 roku w ramach Zakładu Radioterapii zaczęła działać Pracownia Brachyterapii HDR. W tym samym roku uruchomiono Poradnię Genetyczną.
W 2007r. zakończyły się prace adaptacyjne dla nowych pomieszczeń Apteki, ze spełniającym wymagania Unii Europejskiej nowoczesnym działem przygotowywania, w oparciu o metodę grawimetryczną, cytostatyków. Prace adaptacyjne, jak i wyposażenie Apteki, zostały w znacznym stopniu sfinansowane ze środków unijnych. Apteka krakowskiego Oddziału Centrum Onkologii należy do nielicznych w naszym kraju placówek spełniających współczesne wymagania europejskie odnośnie centralnego przygotowania leków dla chorych na nowotwory złośliwe.
W latach 2007-2009 dzięki dotacjom uzyskanym z Ministerstwa Zdrowia wybudowano nowy budynek, w którym znalazły miejsce: Pracownia Medycyny Nuklearnej z Pracownią SPECT/CT, Oddział Chemioterapii Dziennej, a także część pracowni Zakładu Fizyki Medycznej, związana z planowaniem leczenia promieniowaniem jonizującym oraz Sekretariat Naukowy.
W pierwszych miesiącach 2011 r., w Zakładzie Radiologii i Diagnostyki Obrazowej, w zaadaptowanych na ten cel pomieszczeniach, została otwarta nowoczesna Pracownia Rezonansu Magnetycznego.
W połowie roku 2012 dzięki dofinansowaniu uzyskanemu z Ministerstwa Zdrowia w CO-I Kraków uruchomiona została Centralna Sterylizatornia zajmująca się kompleksowymi działaniami w zakresie dezynfekcji całego sprzętu medycznego i instrumentarium używanego do leczenia i diagnozowania chorych.
Z kolei z początkiem roku 2013 oddano do użytku dla pacjentów Pracownię PET, w której wykonywane jest badanie PET-TK (pozytonowa tomografia emisyjna połączona z tomografią komputerową) stanowiącego innowacyjną metodę diagnostyki obrazowej. Pozwala ona na wykonanie szybkiego, bezbolesnego i bezpiecznego badania ciała pacjenta, umożliwiając wczesną identyfikację zmian nowotworowych, ocenę zaawansowania choroby nowotworowej, precyzyjne planowanie leczenia (np. radioterapii) czy też najszybsze możliwe wykrycie wznowy choroby nowotworowej.
We wrześniu 2013 roku na stanowisko Dyrektora Centrum Onkologii – Instytutu im. Marii Skłodowskiej - Curie, Oddział w Krakowie został powołany prof. dr hab. med. Jerzy Jakubowicz, wcześniej Zastępca Dyrektora ds. Organizacyjnych.
W 2014 roku została podpisana umowa o dofinansowanie projektu MRPO 01.02.00-12-085/13 pn. „Rozbudowa zintegrowanego systemu informatycznego jako narzędzie poprawy jakości leczenia onkologicznego w krakowskim Centrum Onkologii” w ramach Małopolskiego Regionalnego Programu Operacyjnego na lata 2007 – 2013. Projekt był realizowany od III kwartału 2012 roku do końca 2014 roku. Celem ogólnym projektu była rozbudowa lokalnej infrastruktury społeczeństwa informacyjnego w obszarze zdrowia (w zakresie onkologii, jako jednej z najbardziej istotnych gałęzi medycyny), a w konsekwencji polepszenie jakości życia obywateli.
W listopadzie 2014 roku po trwającej wiele miesięcy przebudowie otwarto w krakowskim Oddziale Centrum Onkologii – Instytutu im. M. Skłodowskiej-Curie nowe wnętrza Kliniki Chirurgii Onkologicznej wraz z Oddziałem Intensywnej Opieki Medycznej oraz Blokiem Operacyjnym.
Klinika Chirurgii Onkologicznej liczy obecnie 6 nowoczesnych, przestronnych i funkcjonalnych sal chorych, wyposażonych we wszystkie niezbędne udogodnienia, które gwarantują chorym bezpieczeństwo i komfort podczas pobytu. Większość sal posiada własny węzeł sanitarny, a dodatkowo na Oddziale znajduje się łazienka przystosowana dla osób niepełnosprawnych. Jedna z sal jest przeznaczona do wzmożonego nadzoru medycznego i wyposażona w najnowszej generacji monitory oraz pompy infuzyjne. Nowe warunki socjalne pozwalają pacjentom na przyjemny pobyt w oddziale i szybszy powrót do zdrowia. Pacjenci Kliniki pozostają pod stałym nadzorem zarówno nowoczesnych urządzeń monitorujących ich stan, jak i pod czujnym okiem doświadczonego zespołu pielęgniarskiego i lekarskiego.
W Oddziale Anestezjologii i Intensywnej Terapii jest 5 stanowisk dla chorych, wymagających intensywnej opieki po przebytych operacjach lub przyjętych do OAiIT innych Klinik Centrum Onkologii. Jedno ze stanowisk umożliwia izolację chorych. Oddział jest wyposażony w nowoczesne respiratory, zarówno przyłóżkowe, jak i transportowe. Posiada możliwość zaawansowanego monitorowania układu krążenia chorych - zarówno nieinwazyjnego (kardiografia impedancyjna), jak i inwazyjnego (w tym pomiary rzutu serca metodą analizy krzywej ciśnienia tętniczego oraz termodylucji przezpłucnej). Oddział posiada aparat ultrasonograficzny, który umożliwia wykonywanie badań przyłóżkowo, oraz przeprowadzanie drobnych zabiegów. Nowoczesne defibrylatory umożliwiają skuteczne prowadzenie resuscytacji. Istnieje możliwość zastosowania stymulacji serca - zarówno przezskórnej, jak i za pomocą elektrody endokawitarnej. Duża liczba pomp infuzyjnych, oraz dostępność aparatu ultrasonograficznego, ułatwiają leczenie przeciwbólowe po zabiegach i przyczyniają się do poprawy komfortu chorych. Nad dobrostanem chorych czuwa wykwalifikowana kadra pielęgniarska i lekarska. Nowe warunki lokalowe i sprzęt pozwalają skutecznie leczyć chorych z niewydolnością wielonarządową, u chorych po operacjach, oraz przyjętych do OAiIT z powodu powikłań, które rozwinęły się podczas chemioterapii lub radioterapii.
Całkowicie przebudowany i niezwykle nowocześnie wyposażony Blok Operacyjny posiada salę przygotowawczą oraz dwie bardzo nowoczesne sale operacyjne, których wyposażenie pozwala na bezpieczne wykonywanie bardzo rozległych operacji u chorych na nowotwory złośliwe. Zakupiony sprzęt pozwala na przeprowadzenie operacji metodami klasycznymi z wykorzystaniem wielu nowoczesnych haków operacyjnych, pozwalających na świetny dostęp chirurgom do właściwych obszarów ciała chorego. Blok Operacyjny oferuje także możliwość przeprowadzania operacji z wykorzystaniem technik minimalnie inwazyjnych – w szczególności operacji laparoskopowych. Blok wyposażono również w urządzenie umożliwiające wykonywanie endoskopowych zabiegów z dostępu przez odbyt w odrębnie dolnej części jelita grubego – system Transanal Endoscopic Microsurgery (TEM). Blok operacyjny posiada również generatory pozwalające na zastosowanie dwóch różnych technik ablacyjnych zmian w wątrobie lub w nerkach: ablacji mikrofalowej oraz ablacji z użyciem energii o częstotliwości radiowej. Przebudowany Blok Operacyjny jest wyposażony w niezwykle funkcjonalne kolumny do obsługi endoskopów – zarówno podczas endoskopowych zabiegów urologicznych jak i wziernikowania przewodu pokarmowego (gastroskopia, kolonoskopia). Kolumny endoskopowe wyposażone w system NBI pozwalający na obrazowanie w wąskim paśmie światła, co ma niebagatelne znaczenie w diagnozowaniu i wczesnym wykrywaniu zmian niewielkich lub słabo widocznych. Sale operacyjne wyposażone są w nowoczesną klimatyzację z utrzymanym nadciśnieniem, a zastosowany nawiew laminarny wymusza jednokierunkowy obieg powietrza. System filtrów warunkuje odpowiednią czystość powietrza. Każda sala operacyjna wyposażona jest w kolumnę chirurgiczną i anestezjologiczną z doprowadzonymi gazami medycznymi zasilanymi z centralnego systemu. W kolumnach doprowadzone są niezbędne gazy: tlen, podtlenek azotu, dwutlenek węgla (do zasilania kolumn laparoskopowych), sprężone powietrze, ssanie („próżnia”) oraz odciąg gazów anestetycznych. Kolumny laparoskopowe wyposażone w podwójne tory wizyjne, a do zabiegów chirurgii otwartej w nowoczesnych lampach operacyjnych (światło LED) zamontowano kamery umożliwiające bezpośredni podgląd pola operacyjnego na dużym ekranie. Blok Operacyjny został wyposażony w nowoczesne aparaty do diatermii z koagulacją argonową, nóż harmoniczny z osprzętem, śródoperacyjny aparat RTG z ramieniem C. Posiada także maty grzewcze na stół operacyjny, a także szafy termostatyczne o zakresie temperatury + 3 do +70 stopni Celsjusza do podgrzewania płynów ustrojowych do jam ciała, a także dla potrzeb anestezjologicznych. Blok wyposażono również w aparaty USG z głowicami: liniową, Convex, śródoperacyjną, a także laparoskopowa. Poza chirurgami aparaty USG wykorzystuje również zespół anestezjologów do poprzecznej blokady ściany brzucha (TAP – Transversus Abdominis Plane) i znieczuleń splotów nerwów obwodowych. Do dyspozycji anestezjologów stoją także nowoczesne aparaty do znieczulenia z pomiarem głębokości zwiotczenia; jeden z nich posiada monitor funkcji życiowych z możliwością monitorowania adekwatności znieczulenia w oparciu o ocenę entropii i SPI (odpowiedzi na bodźce bólowe na podstawie krzywej pletyzmografii). Sale operacyjne wyposażono w liczne pompy infuzyjne i defibrylator z możliwością wykorzystania jako monitor funkcji życiowych, a także wideolaryngoskop z torem wizyjnym do trudnych intubacji oraz zestaw laryngoskopów światłowodowych z zestawem prowadnic. Każda sala wyposażona jest w stacje przeglądowe cyfrowych i analogowych obrazów medycznych zgodnych ze standardem DICOM z podłączeniem do PACS.
Od 2016 roku krakowski Oddział Centrum Onkologii – Instytutu realizuje procedurę radioterapii protonowej. Odbywa się to dzięki współpracy z Instytutem Fizyki Jądrowej PAN, który jest właścicielem cyklotronu Proteus C-235 służącego do produkcji wiązki protonowej o energii w zakresie 70 - 230 MeV (tzw. ołówkowa wiązka skanująca). Dzięki temu w realizacji radioterapii protonowej stosowane są techniki IMPT, a sama procedura stosowana jest we wskazaniach klinicznych opublikowanych w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia. Możliwość terapeutycznego wykorzystania wiązki protonowej przez krakowski Oddział Centrum Onkologii umożliwia leczenie w kraju chorych, którzy dotychczas musieli udawać się do zagranicznych ośrodków.
Na podstawie rozporządzanie Rady Ministrów z dnia 17 października 2016r. w sprawie reorganizacji Centrum Onkologii-Instytutu im Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie oraz nadania Instytutowi statusu państwowego instytutu badawczego (Dz. U. z 2019r. poz. 2153) od dnia 1 stycznia 2020r. Centrum Onkologii-Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie posiada status państwowego instytutu badawczego i używa nazwy Narodowy Instytut Onkologii im. Marii Skłodowskiej-Curie - Państwowy Instytut Badawczy Oddział w Krakowie.