建院初期心胸外科同为胸外科，1983年独立建科，下设小儿心外科和体外循环室。首任科主任潘治。先后研制第一台国产鼓泡式人工心肺机、无缝塑料纤维人造血管及国产涤纶心脏修补材料，率先开展包括冠状动脉等大血管、心脏瓣膜、先天性心脏病、心脏移植及房颤等体外循环心内直视手术，近年来自主开展改良David术为国际首创，并保持该领域的传统优势。现为国家卫生部临床重点专科、上海市领先专业重点学科，是卫生部指定的全国心胸外科进修基地。建有心脏瓣膜病与主动脉根部重建、微创心血管外科、心衰与房颤外科、冠脉与血管病外科、小儿心血管外科和体外循环等六个亚专科。