УСБАЛО "Проф. Иван Черноземски" има богата история и различни етапи в своето развитие. То започва през 1936 г. със създаването на първия Противораков център с 50 легла към Рентгеновия институт на Медицинския факултет в София, където започва облъчване с радий. На базата на този център, през 1950 г., се създава Научно-изследователския онкологичен институт (НИОИ), който през 1951 г. преминава към току-що създадения Институт за специализация и усъвършенстване на лекарите (ИСУЛ), с директор проф. Гоце Тенчов. През 1952 г. към структурата на НИОИ се разкрива Научна организационно-методична секция с ръководител проф. И. Попов, която понастоящем е оформена като уникално звено Национален раков регистър (НРР).
Институтът се изгражда като водещ център, както за диагностика и лечение на злокачествените тумори, така и за специализация и квалификация на онкологичните кадри в страната. През 1957 г. той се премества в нова база – кв. “Дървеница”, с клиничен стационар от 265 легла и експериментална база с основни лаборатории за научно-изследователска дейност.
Директор на НИО е проф. Веселин Михайлов, който ръководи института до 1962 г. Той е основател на Научното дружество на онколозите в България. От 1962 г. до 1971 г. директор е проф. Н. Анчев, а от 1971 г. до 1987 г. проф. Г. Митров. С времето се оформят основните диагностични, лечебни и научни звена на болницата. Не може да се подминат имената на големите български онколози със световно признание, оглавявали отделните клиники, отделения и сектори. Хирургичната клиника се завежда от проф. Б. Кръстев, мамологичния сектор от проф. С. Киров, а колопроктологията от проф. З. Дудунков. Завеждащ патоанатомията е проф. Р. Райчев, а цитология - проф. Н. Цанев. Химиотерапевтичната клиника се ръководи от проф. И. Христов, лъчелечението от проф. А. Сахатчиев, а кожна клиника от доц. Р. Лазаров. Завеждащ рентгенологичното отделение е проф. Г. Наумов, а УНГ се ръководи от д-р В. Белинов. Пуснат е в експлоатация съвременен за времето си линеен ускорител за лъчелечение. Оформят се и редица специализирани експериментални лаборатории: по изучаване канцерогенезата, ръководени от проф. И. Черноземски и проф. Д. Хаджиолов, по онкоимунология (проф. М. Боева), по генетика (проф. Г. Манолов) и др.