Лаборатория патоморфологии была организована в 1951 году одновременно с институтом Экспериментальной Патологии и Терапии Рака. Основными направлениями работы с момента становления лаборатории были диагностика опухолевых и неопухолевых процессов, аутопсийная работа, широкая научная деятельность, профессиональная подготовка врачебных и научных кадров. В 1962 году лаборатория была преобразована в отдел патологической анатомии опухолей человека с прозектурой, который возглавил академик АМН СССР, один из крупнейших ученых-патологоанатомов страны профессор Краевский Николай Александрович. Под его руководством с 1964 года работали такие ведущие онкоморфологи, как И.Г. Ольховская, Н.А. Пробатова, Н.Т. Райхлин, Ю.Н. Соловьев. За свою научную деятельность академик АМН СССР, профессор Н.А. Краевский был удостоен Ленинской и Государственной премий.

Понимая значимость отдела в отечественной онкоморфологии, его коллектив под руководством Краевского в 1971 году выпустил первое полное отечественное «Руководство по патологоанатомической диагностике опухолей человека», которое было отмечено академической премией им. А.И. Абрикосова. За последующие 30 лет Руководство выдержало 4 издания и стало настольной книгой онкологов и патологоанатомов страны, остающейся актуальной и сегодня.

C 1985 по 1993 гг. отдел возглавлял ученик Н.А. Краевского член-корреспондент АМН СССР, д.м.н., профессор Соловьёв Юрий Николаевич. Помимо совершенствования биопсийной и аутопсийной работы, коллектив отдела в содружестве с клиницистами приступил к активной разработке проблемы комбинированного и комплексного лечения злокачественных новообразований и морфологической оценки эффективности противоопухолевого лечения, за что руководителю отдела Ю.Н. Соловьёву было присвоено звание академика РАМН и в 1999 году он был удостоен  Государственной премии Российской Федерации.

С 1993 по 2007 гг. отдел возглавлял д.м.н., профессор Петровичев Николай Николаевич. Н.Н. Петровичев начал работать  в отделе патологической анатомии опухолей человека ВОНЦ СССР c 1976 года в должности научного сотрудника. С 1989 по 1993 г. он руководил лабораторией клинической цитологии ВОНЦ СССР.

С 2007 года и по настоящее время отдел возглавляет д.м.н., профессор Карселадзе Аполлон Иродионович, член Президиума Российского общества патологоанатомов, в 2003-2007 гг., руководивший лабораторией молекулярной патологии отдела патологической анатомии опухолей человека.