空军总医院于1956年10月25日正式开院，是一所以临床航空医学为重点，集临床、教学、科研、预防保健于一体的三级甲等医院。医院牢记为兵服务宗旨，恪守 精益求精、满腔热忱 服务理念，努力建设一流的现代化医院，连续多年被评为 全军为部队服务先进医院 。
医院占地总面积15万平方米，建筑面积突破31万平方米，医疗用房面积15万平方米。目前，医院开设54个专业科室，展开床位1307张，近五年来，年门诊量在220余万人次，年收治量4万余人次，年各类手术量1.6万台次。拥有640层螺旋CT、TOMO肿瘤治疗系统、PET-CT、双源CT、高低场核磁、DSA、回旋加速器、计算机断层治疗系统、2微米激光腔镜治疗系统等高端医疗设备，总价值5.9亿元。1993年被世界卫生组织评定为 国际爱婴医院 ，1994年被原总后卫生部评定为 三级甲等医院 ，1996年成为北京市大病统筹医疗定点医院，2000年成为北京市医疗保险定点医院，2013年再次通过国家三级甲等医院复评。
医院主要担负驻京空军部队官兵和部分联勤部队官兵医疗保障任务，还承担着飞行员医学选拔、疾病矫治、健康鉴定、新机改装体检和预备航天员选拔等任务。拥有副主任医师以上专业技术人员301名，医院拥有全军科技领军人才培养对象1人，空军首席专家1人，空军级专家23名，高层次科技人才76人，有32人次担任全军和北京市科委会副主任委员以上职务。45个护理单元成为 全军优质服务示范医院 、 全军临床航空护理示范基地 。医院是第二、三、四军医大学、安徽医科大学等10余所高等院校的临床教学医院；医院内科、外科、麻醉、口腔等11个专业获批为国家级住院医师规范化培训基地；拥有博士、硕士研究生导师125名；博士、硕士联合授权点34个；2015年在站博士后17名，在院研究生、实习生、进修生及住院医师600余名。
医院拥有3个国家中医药管理局重点学科和专科（专病）中心：中西医结合皮肤病重点学科；中西医结合脊柱软伤专病中心和中西医结合代谢病专科中心。1个全军医学研究所：皮肤病研究所；8个全军医学专科（专病）中心：全军临床航空医学中心、全军中西医结合正骨治疗中心、全军半相合骨髓移植中心、全军肿瘤放疗中心、全军小肠疾病内镜诊治中心、全军泌尿微创诊疗中心、全军优生优育技术指导中心、全军心理技术指导中心。首批获得人体器官（肾）移植资质。
