1919年8月，山西中医改进研究会创办山西医学传习所，所内教职员多为研究会理事、名誉理事等兼任。所址初在国民师范学校东院，后迁入新民中街（川至医专）新址。山西医学传习所学制为一年半，共招3期7个班。1922年2月，学制改为两年，共招3期6个班。至1926年12月，传习所共有毕业生640人。

1921年8月，医学传习所改名为“山西医学专门学校” （传习所各班继续办），学制四年，招生对象为有中等学校八学期程度者，共招生3班，毕业106人。

1928年8月，学校改名为“山西医学专科学校”，至1930年8月，招收4个专科班：2个中医班，2个西医班，4个班共毕业学生214人。

1932年1月，学校改名为“私立山西川至医学专科学校”，学制仍为4年，中西医兼授。

1934年6月，学校变为主授西医课程。

1940年，私立山西川至医学专科学校并入山西大学，更名为山西大学医学专修科。

1946年8月，学校改为国立山西大学医学院。

1949年8月，太原市军管会作出决定，在山西大学医学院与山西省立川至医学专科学校合并的基础上，将长治白求恩国际和平医学专科学校及省立高级助产职业学校同时合并到山西大学医学院。

1953年，全国进行院系调，高等教育部批准山西大学医学院独立建院，更名为山西医学院，归卫生部领导，省卫生厅代管。

1954年，学校改由省教育厅管理。

1990年8月，省政府同意将正在筹建的山西省汾阳高级护理学校改为山西医学院汾阳专科部，归山西医学院直接领导和管理。

1996年，国家教委和省政府批准将山西医学院更名为山西医科大学。随之山西医学院汾阳专科部改为山西医科大学汾阳学院。

2000年4月，省教委同意该校成立山西医科大学职业技术学院。同时，省教委批准设立了山西医科大学大同学院。该学院设在大同医学专科学校属山西医科大学的二级学院。

2002年，省政府批准山西医科大学与山西中日友好学院联合举办山西医科大学晋祠学院作为山西医科大学的二级学院。

2003年2月，省政府批准山西医科大学与运城卫生学校联合举办山西医科大学运城学院；8月，省政府批准山西医科大学与晋中市卫生学校联合举办山西医科大学晋中学院。

2018年3月，山西省编办批准临汾市人民医院、运城市中心医院、太原市中心医院、忻州市人民医院、吕梁市人民医院、晋中市第一人民医院、太原市精神病医院（山西省精神卫生中心）等7所三级甲等地市级医院或专科医院成为山西医科大学直属附属医院。

2020年2月21日，山西省编办批复太原市第四人民医院成为山西医科大学直属附属医院，名称为“山西医科大学附属肺科医院”；10月19日，山西白求恩医院挂牌成为山西医科大学直属附属医院，名称为“山西医科大学第三医院”。

2021年，入选国家档案局数字档案室建设试点单位。

2022年，入选山西省首批“双一百”示范点。

2023年5月，山西医科大学-清华大学医学院前沿医学协同创新中心成立。7月，学校承办2023年全国公共卫生学院院长联席会议，京晋冀蒙“233”战略合作正式启动。12月，太原市行政审批服务管理局发布《关于山西医科大学迎泽校区总体规划建筑工程规划设计方案的公示》。

2024年10月19日，由山西省红十字会和山西医科大学联合成立的“南丁格尔工作室”揭牌，该工作室为山西省首个。