1978年10月，經湖南省編制委員會批準（湘編[1978]110號文件）正式成立湖南省腫瘤防治研究所，文件規定該所為省衛生廳二級機構，定編30人，與省腫瘤醫院合署辦公，主要負責腫瘤防治、科研的組織領導工作。建所以來，所長由省腫瘤醫院歷任院長兼任，1993年7月，曾春林任專職副所長。1988年11月胡炳強兼任副所長，2002年5月兼所長。

省腫瘤研究所成立之后，先后成立了六個研究室，即免疫室、細胞遺傳室、流行病學室、藥理室、動物室和動物手術實驗室、情報室（含攝影室）。1983年10月成立科教科，行政、科研、教學工作由科教科代管。1995年10月，在科研經費嚴重不足，課題立項困難，工作量長期不飽和，研究所工作難以開展的情況下，為了充分發揮腫瘤研究所的作用，使科研與臨床更緊密結合，醫院黨委決定對研究所實行“以院帶所、院所結合”的改革辦法，即在保留湖南省腫瘤防治研究所的名稱和編制不變的前提下，將腫瘤研究所現存的4個科室（1987年12月情報室已并入圖書情報室、1991年10月遺傳室已并入檢驗科）并入醫院相應的科室，形成“兩塊牌子、一套人馬”的格局。1996年2月，經請示省衛生廳同意，免疫室與層流室合并，流行病學室與腫瘤防辦合并，藥理研究室與藥劑科合并，圖書情報室改為圖書館，動物手術實驗室由科教科管理，攝影室由院辦公室管理。2002年2月，為了便于各臨床醫技科室進行醫學實驗，醫院集中各科試驗用儀器設備，在免疫室、遺傳室的基礎上，成立了中心實驗室，2002年11月中心實驗室與湖南大學國家重點實驗室——化學生物傳感與計量學實驗室合作組建了湖南大學腫瘤研究中心；該中心與院中心實驗室合署辦公。