医院院址前身，可追溯到一百年前。1894年甲午战争后，院址先后划为日、英、美租界，1896年在院址内建造“洋关”，目前“洋关”为杭州市文物保护单位。
1949年
9月，杭州市卫生局组建“拱宸桥卫生站”，成为医院前身。
1953年
杭州市政府在“拱宸桥卫生站”的基础上筹建扩大为“拱墅区公费补助门诊部”。
1954年
5月，杭州市政府在“拱墅区公费补助门诊部”的基础上筹建医院。同年10月正式建立“杭州市第二医院”，隶属杭州市卫生局。
12月20日，“杭州市第二医院”正式对外开放。建院初期，医院设病床130张，职工123人。开放内科、外科、妇产科、儿科、口腔科、中医科等10个门诊科室及内科、外科、妇产科3个住院病区，担负起大量医疗救治工作及卫生防疫、血吸虫防治、巡回医务、下乡下厂等社会公共卫生服务工作。医院规模逐步扩大，门诊科室逐步增至15个，医技科室10个，床位增加到250张。
1976年
医院更名“杭州市第二人民医院”。
80年代至90年代，医院在医疗改革、专科特色建设、人才培养和引进、新项目新技术开展、科研教学、优质服务措施等多方面有了快速发展，综合实力不断提升。
1991年
3月，医院被浙江省卫生厅评为“三级乙类”医院和“省级文明医院”。
1999年
2月，根据杭州市政府决定，医院归属“杭州医学高等专科学校”，并更名为“杭州医学高等专科学校附属医院”，继续保留“杭州市第二人民医院”牌子。
2001年
12月，“杭州医学高等专科学校”合并入“杭州师范学院”随即医院更名为“杭州师范学院医学院附属医院”。
2004年
7月，杭州师范学院院系调整，设立“杭州师范学院临床医学院”，与“附属医院”实行“一套班子，二块牌子“管理模式。
2007年
杭州师范学院更名为“杭州师范大学”，医院随即更名为“杭州师范大学附属医院”至今，继续保留“杭州市第二人民医院”牌子。
进入21世纪，医院坚持“以病人为中心，以质量为核心”的宗旨，进一步强化内涵建设，加大学科建设与人才培养力度，加快基础设施建设，勇担社会公共卫生职责，知名度、美誉度迅速提升，技术服务辐射杭州及周边地区、省内部分市区县等百余万人口，发展速度位列杭州市级医院前列。
2011年
被浙江省卫生厅评为“三级甲等综合性医院”。医院综合实力实现量和质的飞跃，在教学、医疗、科研、管理、基础建设等诸多方面成绩斐然，实现了科学化、规模化、一体化发展，成为杭州地区保障人民群众健康保健的医疗机构之一。
2014年
医院成为国务院学位委员会批准的临床医学硕士专业学位授权点，11个学科承担临床医学专业硕士学位研究生培养任务，实现了临床医学教育历史性跨越。
2015年
围绕“心脏强、医院强”、“外科强、医院强”的学科发展理念，技术水平成绩斐然。优化整合全院学科资源组建“杭州市胸痛诊治中心”、“杭州市口腔牙周病诊治中心”、“中美胃肠肝病诊疗中心”、“中德脊柱外科临床研究中心”、心脏中心、“卒中中心”、“肿瘤诊治中心”、“危重病医学诊治中心”等医学中心，形成区域权威和品牌，带动了全院各学科快速发展。一大批新技术、新项目成功开展，技术能力和服务能力得到较大提升。其中心脏外科、微创外科重大疑难手术量翻倍，能开展较高难度手术，达国内先进水平，也是浙江省内能同时开展儿童和成人心脏外科手术的医疗机构。
