Les origines de l'hôpital de Bicêtre remontent au XVIIe siècle avec l'achat par Louis XIII d'une propriété pour y fonder un hospice destiné au soin des soldats invalides. En 1634, l'hôpital nommé "La commanderie de Saint-Louis" ouvre ses portes. En 1647, Vincent de Paul obtient de la reine régente Anne d'Autriche d'y faire admettre également les enfants trouvés. Dès la création de l'Hôpital général en 1656, la maison de Bicêtre lui est rattachée et devient un lieu d'enfermement pour les indigents. Rapidement, ses prérogatives s'élargissent : en 1690, Bicêtre reçoit désormais aussi des vénériens, puis, au XVIIIe siècle, des prisonniers installés dans le bâtiment de la Force. A la veille de la Révolution française, le lieu accueille une population hétéroclite de gens sans foi ni loi, sans feu ni lieu, mendiants, soldats invalides, prisonniers, vieillards indigents, mais aussi des enfants abandonnés, des épileptiques, des incurables, des aliénés et des vénériens, les seuls d'ailleurs à recevoir un semblant de soin. Les aliénés sont enfermés dans le quartier de Saint-Prix ; les plus agités sont serrés dans des loges de 2 m avec couchette scellée au mur, sans ouverture sinon la porte, tandis que les fous réputés calmes sont placés dans des dortoirs, à 3 par paillasse. On fait travailler les indigents dans des ateliers, et les plus valides servent de main-d'oeuvre pour les grands travaux tels que la construction du grand réservoir et du puits, dessinés par l'architecte Germain Boffrand en 1733.

En août 1793, un décret de la Convention nomme le Dr Philippe Pinel médecin-chef de l'asile de Bicêtre. Avec l'aide du surveillant-chef Jean-Baptiste Pussin, il humanise le traitement des aliénés en supprimant les chaines pour les fous jugés non furieux et en passant aux plus atteints une camisole en tissu, lors des crises, afin d'éviter qu'ils ne se blessent. Bicêtre conserve en parallèle sa vocation carcérale jusqu'en 1836, et un secteur particulier, dit "la Correction" est destiné aux mineurs entre 13 et 25 ans. Régulièrement, on y prélève les misérables envoyés au bagne, enchainés 2 par 2 par un collier de fer. La constitution du convoi et son départ constituent toujours un événement pour les curieux. En 1836, quelque 500 détenus sont transférés de Bicêtre dans les prisons de la grande et de la petite Roquette, à Paris. Quant aux syphilitiques, dès 1792, ils ont été envoyés dans le nouvel hôpital des Vénériens, qui prend tour à tour au XIXe siècle les noms d'hôpital du Midi, Ricord, Cochin annexe, avant d'être absorbé par l'hôpital Cochin au début du XXe siècle.

En 1801, la maison de Bicêtre est placée sous la tutelle du Conseil général des hospices de Paris et sa vocation évolue peu à peu. Par arrêté du 4 juin 1823, elle reçoit le nom d'hospice de la Vieillesse-Hommes. De nombreux travaux viennent remodeler l'architecture du XVIIe siècle : les bâtiments sont surélevés d'un étage, on leur ajoute de nouvelles ailes et on y intègre des pavillons d'angle. Depuis le départ des prisonniers en 1836, Bicêtre n'est plus qu'un établissement charitable divisé en 2 quartiers : l'hospice, pour les vieillards et les infirmes  indigents, et l'asile, pour les aliénés adultes et les enfants arriérés. L'hospice compte 2 655 lits en 1830 et 2 790 en 1848. S'y ajoute, dans les années 1850, un hôpital temporaire, avec des services de médecine et de chirurgie. A la fin du XIXe siècle est édifié à l'ouest un quartier d'aliénés, toujours visible, constitué de grands pavillons parallèles reliés entre eux par des galeries. En juin 1885, l'établissement reprend le nom de Bicêtre.

En 1900, les services hospitaliers se répartissent ainsi : les services d'infirmerie (ex hôpital temporaire : médecine [4e division, 1re section], chirurgie [4e division, 2e et 3e sections, 3e division, 2e et 3e sections, 1re division, 2e section]) ; les divisions d'indigents (1re division, 1re section ; 2e division ; 3e division, 1re section) ; les aliénés dont on peut supposer qu'ils forment la 5e division à partir de 1838, répartie en 5 sections, dont la 3e accueille les mineurs. Parmi les médecins passés dans la 5e division, il faut citer le Dr Bourneville (fin XIXe siècle), dont la signature figure sur plusieurs registres.

Pendant la Première Guerre mondiale, l'Assistance publique y construit des baraquements pour tuberculeux, qui prennent le nom de sanatorium Georges-Clemenceau en 1918, en hommage au "père la Victoire", interne dans cet hôpital en 1863. Ils fonctionnent jusqu'en 1935, date à laquelle ouvre un nouvel établissement à Champcueil (Essonne), qui prend à son tour le nom de Georges-Clemenceau. Progressivement, la place des activités de médecine s'étoffe, surtout depuis 1950, avec le départ progressif des pensionnaires de l'hospice. Devenu hôpital de soins pour aigus, il s'adjoint en 1952 un hôpital pour enfants installé dans deux pavillons de l'ancienne division Bourneville modernisés et aménagés à cet effet. C'est à Bicêtre qu'ouvre, en 1957, le premier service de cardiologie infantile de France. La modernisation se poursuit, on installe de nouveaux équipements, et en 1981 on inaugure le nouveau bâtiment Paul-Broca, qui permet sur ses 7 étages d'ouvrir de nouvelles unités dans de nombreuses spécialités.

Aujourd'hui, l'hôpital Bicêtre propose une large gamme de spécialités pour l'adulte et l'enfant. Doté d'une structure d'accueil des urgences médicales et chirurgicales, il assure une prise en charge des polytraumatisés et participe à la grande garde de neurochirurgie. Il dispose notamment d'une expertise en immunopathologie ainsi qu'en neuroradiologie interventionnelle. Il accueille un centre périnatal de type III et un centre de chirurgie ambulatoire.