Công việc xạ trị của bệnh viện bắt đầu từ những năm 1920, là một trong những bệnh viện đầu tiên tại Trung Quốc áp dụng xạ trị để điều trị khối u. Vào những năm 1950, khoa Xạ trị của bệnh viện đã được thành lập với nhóm xạ trị riêng biệt, hình thành một chuyên ngành xạ trị ung thư mạnh tại Trung Quốc. Năm 1958, các thiết bị và nhân viên chính của khoa xạ trị đã tham gia thành lập Bệnh viện Ung thư thuộc Viện Y học. Nhân viên còn lại tiếp tục công việc. Năm 1985, khoa Xạ trị độc lập được thành lập, giám đốc đầu tiên là Giáo sư Chu Giác Sơ; dưới sự dẫn dắt của các chuyên gia nổi tiếng như Giáo sư Trương Phúc Toàn, Giáo sư Khâu Kiệt, Giáo sư Hồ Khắc, khoa đã liên tục cập nhật và nâng cấp thiết bị xạ trị tiên tiến, giữ cho xạ trị chính xác và kỹ thuật vật lý lâm sàng luôn ở mức hàng đầu quốc tế.
Hiện tại, bệnh viện có năm máy gia tốc tuyến tính (Elekta Versa HD, Varian Trilogy, TomoTherapy, Siemens ART, Siemens Primus), cùng với một thiết bị xạ trị trong phẫu thuật (Mobetron). Các thiết bị định vị bao gồm: máy mô phỏng cộng hưởng từ, máy mô phỏng thông thường, máy mô phỏng CT lớn; có hai thiết bị điều trị gần gũi sau phẫu thuật, thiết bị xạ trị định vị (X Knife), thiết bị điều trị nhiệt bằng sóng radio, và có hệ thống kiểm soát chất lượng hoàn chỉnh. Khoa thực hiện hầu hết các công nghệ xạ trị mới, bao gồm xạ trị thích ứng dưới sự hướng dẫn liều (ART), công nghệ điều trị cắt lớp xoắn (TOMO), xạ trị định hướng hình ảnh (IGRT), công nghệ xạ trị điều chỉnh (IMRT), công nghệ xạ trị hình thể ba chiều (3DCRT), công nghệ chiếu xạ toàn thân nhiều lần, công nghệ xạ trị X Knife, công nghệ xác minh hình ảnh vùng chiếu, công nghệ điều trị gần gũi ba chiều, công nghệ điều trị nhiệt sâu, v.v. Khoa có 3 giáo sư chính, 4 phó giáo sư, 15 nhân viên có trình độ trung cấp và 25 nhân viên cấp thấp. Tổng cộng có 16 bác sĩ, 10 kỹ sư vật lý, 2 y tá, 18 kỹ thuật viên và nhân viên kỹ thuật đang làm việc. Mỗi năm điều trị khoảng 4000 ca bệnh ung thư và bệnh lành tính. Các đặc điểm nổi bật của khoa bao gồm: xạ trị cho khối u phụ khoa, xạ trị cho ung thư tuyến tiền liệt, xạ trị cho ung thư phổi, xạ trị cho ung thư vú, xạ trị điều chỉnh cho ung thư vòm họng, v.v. Khoa là một trong những đơn vị đầu tiên trong nước triển khai nghiên cứu xạ trị điều chỉnh cho ung thư cổ tử cung và các khối u phụ khoa khác, xạ trị gần gũi ba chiều và xạ trị thích ứng. Khoa đã nhiều lần nhận giải thưởng thành tựu y tế của bệnh viện, trong đó nghiên cứu xạ trị điều chỉnh cho ung thư cổ tử cung đã giành giải nhất về thành tựu y tế tại Bệnh viện Hợp tác.
Khoa đảm nhận các dự án nghiên cứu quốc gia, dự án Thứ mười ba, v.v.; là đơn vị cấp bằng tiến sĩ về ung thư học và thạc sĩ về vật lý xạ trị của Học viện Y khoa Hợp tác, đã đào tạo hơn 30 nghiên cứu sinh tiến sĩ và thạc sĩ; đảm nhận công việc giảng dạy lâm sàng cho kỹ thuật viên và kỹ sư vật lý, đào tạo hơn 100 kỹ thuật viên và kỹ sư vật lý.
Cung cấp dịch vụ điều trị kịp thời và chất lượng cho bệnh nhân là mục tiêu của khoa xạ trị Hợp tác, đảm bảo chất lượng là đường sống của khoa. Trong nhiều năm qua, khoa xạ trị luôn đặt chất lượng đảm bảo và quản lý chất lượng lên hàng đầu, thiết lập hệ thống đảm bảo chất lượng nghiêm ngặt và có hệ thống, từ định vị bệnh nhân trước điều trị, thiết kế kế hoạch điều trị, kiểm tra liều điều trị, xác minh định vị, xác minh điều trị, v.v. đều có quy trình chi tiết và nghiêm ngặt. Đặc biệt, đối với thiết bị điều trị xạ trị và thiết bị định vị, khoa kiên quyết thực hiện kiểm tra hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng và hàng năm, đảm bảo an toàn thiết bị, liều lượng và độ chính xác cơ học đều đạt tiêu chuẩn quốc tế tiên tiến, trở thành một trong số ít bệnh viện trong nước kiên trì thực hiện kiểm tra liều hàng ngày, đảm bảo an toàn và chính xác trong điều trị.