КНМЛМО е създаден през 1992 г. и към 2018 г. обхваща следните звена:

• Клиника по нуклеарна медицина към УМБАЛ "Александровска", с началник доц.д-р Валерия Хаджийска, дм;
• Клиника по лъчелечение към УМБАЛ "Царица Йоанна - ИСУЛ", с началник проф. д-р Л. Гочева, дм, дмн, която обхваща две отделения – Отделение по лъчелечение и метаболитна брахитерапия и Отделение по медицинска онкология,;
• Отделение по нуклеарна медицина към УМБАЛ "Св.И.Рилски", с началник гл. ас. д-р Й.Палашев;
• Отделение по нуклеарна медицина към УМБАЛ ”Св.Наум”, с началник доц. д-р Н. Млъчков, дм.

Лъчетерапевтичната дейност има дълбока традиция още от 1914 г. в Рентгеновия институт, Александровска болница от създателя на радиологията в България проф. А. Сахатчиев и на Катедрата по рентгенология и радиология през 1951 г. от основателя на ИСУЛ проф. Г.Тенчов.

 В многогодишната й история могат да се прочетат имената на родоначалниците на лъчелечението /ЛЛ/ в България и техните ученици – проф. Б.Бърлиев, проф. А.Николаев, проф. Г.Митров, проф. П.Пенчев, проф. М. Димитров, проф. В. Михайлов, д-р Харбов, доц. Й.Ангелова, проф. Д.Добрев, проф. Й. Тодоров, доц. Ц.Русева, проф. Т. Хаджиева, проф. Л. Гочева и др.

През 70-те години на миналия век проф. Д. Добрев и доц. Ц. Русева поставят началото на комплексното лъче-химиолечение на злокачествените новообразувания у децата. В края на 90-те години проф. Й.Тодоров обединява отделенията по лъче- и химиотерапия в единна структура.

     Нуклеарната медицина навлиза у нас със създадените едновременно  през 1958 г. Радиоизотопни лаборатории към Катедрата по рентгенология и радиология на МИ-София, ръководена от проф. Ив.Ушев и Катедрата по рентгенология и радиология на ИСУЛ, ръководена от проф. Я.Канети.

    Впоследствие приложението на радиофармацевтиците за терапия и сцинтиграфска функционална диагноза на всички органи се развива от техните приемници проф.Б.Бърлиев, проф. П.Николов, проф. Ст. Миланов, проф. Е. Шейретова, проф. Ст. Султанов, проф. Хр. Млъчков, доц. Н. Милев, доц. П. Триндев, проф. Н. Пешев, проф. И. Костадинова, проф. Д. Минчев, доц. М. Гарчева, доц. Т. Петров и доц. В. Хаджийска.

    През 1974 г. доц. П. Добрев обособява сектор по химиотерапия (ХТ), който впоследствие прераства в отделение и така се слага началото на съвременното химиолъчелечение у нас с водещи експерти и организатори на МО като  доц. Л. Маринов, доц. Тони Дончев, доц. В. Цекова.

В КНМЛМО работят 2 професори, 3 доценти, 1 главен асистент и  7 асистенти, които са специалисти по медицинска радиология, нуклеарна медицина, лъчелечение, медицинска онкология, медицинска физика. Те са членове на Българската асоциация по радиология, на Европейската и Американската асоциация по нуклеарна медицина, лъчелечение (ЕАNМ, ЕSTRO, ASTRO), както и на най-престижните групи за клинични проучвания на злокачествените тумори – ЕОР- ТG, BCIPG, CEEOG, CECOG.

 Понастоящем Катедрата се ръководи от проф. Л. Гочева, дм, дмн. Предишни ръководители са проф. Хр. Млъчков, проф. Ст. Миланов, проф. Н. Пешев и проф. И. Костадинова.

Преподавателите от КНМЛМО обучават по Нуклеарна медицина /НМ/, Лъчелечение /ЛЛ/ и Медицинска онкология /МО/ студентите медици и стоматолози, специализанти и са ръководители на докторанти. Те организират и провеждат основните курсове за специалност и тези по следдипломното обучение, като сформират и съответните Държавни изпитни комисии. Издават учебници за студенти и специализанти, включително и на английски език.

Участват като консултанти в международни проекти, организирани по линия на Световната здравна организация (СЗО), ФАР и Международната агенция за атомна енергия (МАГАТЕ).

Те са инициатори и основни автори на Национални програми по НМ и модернизация на ЛЛ, на Националните стандарти по ЛЛ и НМ, изработват съвременните национални образователни програми.

Заедно с известни експерти от Европа, специалисти от отделенията по ЛЛ и МО са лектори по съответните дисциплини в Европейското училище по Онкология, организирано от Федерацията на раковите дружества в Европа.