Становлення і розвиток кафедри, її наукового потенціалу пов'язані з іменами М. М. Амосова, О.М. Авілової, О.О. Шалімова, В.Ф. Саєнко.
Кафедра заснована у 1955 році видатним вченим, академіком М. М. Амосовим, як кафедра торакальної хірургії, що було обґрунтовано необхідністю навчання хірургів складним методам оперативних втручань на органах грудної порожнини, оволодіння технікою специфічних методів обстеження хворих – бронхоскопії, бронхографії. Саме на цій кафедрі М. М. Амосов у 1955 р. вперше в Україні здійснив хірургічне лікування пороку серця, одним з перших в СРСР застосував протезування лівого передсердно-шлуночкового клапана, а в 1965 р. – вперше у світі створив і впровадив у практику антитромботичні протези клапанів серця.
З 1955 роцу під керівництвом М. М. Амосова на кафедрі торакальної хірургії Київського державного інституту удосконалення лікарів працювала асистент, доцент, а згодом професор, доктор медичних наук Ольга Матвіївна Авілова, яка відіграла значну роль в організації, становленні і розвиткові кафедри.
Її розробки, присвячені методам одномоментних реконструктивних операцій на трахеї і гортані, способам формування полібронхіальних анастомозів при доброякісних пухлинах бронхів, метод мембранографії при експіраторному стенозі трахеї та інші варіанти пластичних операцій на бронхах і трахеї є пріоритетними в країні.
З 1970 р. кафедру торакоабдомінальної хірургії очолив Олександр Олексійович Шалімов - Директор Інституту клінічної та експериментальної хірургії НАН України Головний хірург МОЗ України, Герой України, Герой Соціалістичної Праці, Заслужений діяч науки і техніки України, лауреат Державних премій СРСР та України, академік HAH та АМН України, доктор медичних наук, професор. Науковими напрямками роботи кафедри в цей період були: вивчення захворювань органів травлення і серцево-судинної системи, розробка методів їх хірургічного лікування. Однією з найважливіших проблем, над вирішенням яких працювали співробітники кафедри та інституту під керівництвом акад. О.О. Шалімова, була розробка і удосконалення методів хірургічного лікування виразкової хвороби шлунка (ВХ) і дванадцятипалої кишки (ДП).
Академік О.О. Шалімов одним з перших в нашій країні оцінив переваги органозберігаючих оперативних втручань з використанням ваготомії при лікуванні ВХ і ДПК. Впровадження органозберігаючих операцій з приводу ВХ сприяло зменшенню у 3 – 4 рази післяопераційної летальності, а після виконання селективної проксимальної ваготомії – навіть у 10 разів у порівнянні з такою при застосуванні резекційних методів. У 1,5 – 2 рази скоротився період тимчасової непрацездатності, у 8 – 10 разів – частота інвалідності. Одним з напрямків наукових досліджень кафедри стала патологія жовчовивідних шляхів. На підставі проведених досліджень академік О.О. Шалімов запропонував тактику активного хірургічного лікування гострого холециститу. Результати виявились обнадійливими: хірургічна активність при калькульозному холециститі в клініці зросла з 20 до 75%, післяопераційна летальність в 3 – 4 рази.
О.О. Шалімов надає великого значення розробці питань реконструктивно-відновної хірургії жовчних протоків, вогнищевого і дифузного ураження печінки, портальної гіпертензії. З проблеми портальної гіпертензії на кафедрі захищена докторська дисертація (В. М. Короткий). Під керівництвом академіка О.О. Шалімова розроблена тактика лікування гострого деструктивного панкреатиту і пілородуоденальних пухлин. За цикл робіт стосовно хірургічного лікування хронічного панкреатиту автор удостоєний Державної премії України.
На кафедрі розроблені в експерименті методи пересадки підшлункової залози (ПЗ), їх результати використані при використанні пересадки ПЗ в клініці. Операція вперше здійснена хворому на цукровий діабет під керівництвом учня акад. О.О. Шалімова проф. С.О. Шалімова, який очолював кафедру з 1980 по 1992 р. С. О. Шалімов - Заслужений діяч науки і техніки України, лауреат Державних премій СРСР і України, доктор медичних наук професор.
Професор С.О. Шалімов продовжив наукові розробки кафедри методів хірургічного лікування захворювань печінки і підшлункової залози. С.О. Шалімов нагороджений Золотою медаллю ВДНГ СРСР у 1990р. Йому належить значний вклад в укріплення і розширення наукових досліджень на кафедрі і підготовку хірургічних кадрів в Україні та за її межами.
З 1992 по 2007 роки кафедру очолював відомий вчений – хірург, учень академіка О.О. Шалімова, директор інституту хірургії та трансплантології АМН України, Заслужений діяч науки і техніки, лауреат Державних премій СРСР та України, член – кореспондент НАН та АМН України, доктор медичних наук, професор Валерій Феодосійович Саєнко. Науковий напрямок кафедри – вивчення патогенезу ВХ, розробка і впровадження у практику методів органозберігаючих оперативних втручань на основі ваготоміїї при ВХ, ДПК, реконструктивної хірургії шлунка, кишечника, пухлин органів травлення. Крім того, професор В. Ф. Саєнко і очолюваний ним колектив працює над розробкою питань патогенезу ї лікування хірургічного сепсису, антибіотико-профілактики в хірургії, трансплантології. Під його керівництвом та за його участю вперше в Україні виконана пересадка частини печінки від живого донора.
З 2007 по 2008 рр. кафедру очолював лауреат Державної премії України доктор медичних наук професор Броніслав Станіславович Полінкевич. Основний науковий напрямок – розробка і удосконалення органозберігаючих методів оперативних втручань з використанням ваготомії при виразковій хворобі, а також методів профілактики, діагностики та лікування постваготомічних синдромів, реконструктивної хірургії органів травлення, лікування пухлин органів травлення
З 2008 по 2013 рр. кафедру очолював Директор ДУ «Інститут хірургії та трансплантології імені О. О. Шалімова» НАМН України, Заслужений лікар України, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, доктор медичних наук, професор Юрій Володимирович Поляченко
З 2015 року кафедру очолює директор ДУ «Національний інститут хірургії та трансплантології ім. О. О. Шалімова» НАМН України Заслужений лікар України, лауреат Державних премії України, Академік Національної академії медичних наук України, доктор медичних наук, професор Олександр Юрійович Усенко