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”。
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。
1954年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。
归属的改变给医院教学、医疗、科研的发展注入了新的活力。进入新世纪，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。
如今，医院综合实力已有量和质的飞跃，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，成为杭州地区人民群众健康保健的首选医疗机构之一。2011年，被浙江省卫生厅评为“三级甲等综合性医院”。
