Военно-морской госпиталь был основан в октябре 1940 года приказом НК ВМФ СССР №0055 от 25 апреля 1940 года и сформирован медико-санитарным отделом Петропавловской ВМБ в районе Аммональной пади №1 в 4-квартирном доме. В его состав входили всего два отделения хирургическое (20 коек) и терапевтическое (20 коек), а также клиническая лаборатория. Первое время обязанности начальника госпиталя исполнял старший фельдшер Жамиро. В октябре 1941 года в госпиталь прибыли первый начальник хирургического отделения - военврач 3 ранга Суханов и первый начальник терапевтического отделения - военврач 3 ранга Ксюшин. До 15 августа 1945 года госпиталь работал по штату мирного времени, имел 40 хирургических и 35 терапевтических коек и выполнял повседневные задачи по оказанию медицинской помощи личному составу ПВМБ, Петропавловского оборонительного района, кораблей и транспортов, следовавших из Америки в различные базы ТОФ.
В августе 1945 года, в период подготовки и проведения десантной операции по занятию северной части Курильских островов, госпиталь стал усиленно готовиться к массовому приему раненых, и к 21 августа 1945 года его коечный фонд составил 300 коек, из которых 164 койки находились непосредственно в госпитале, а 136 были развернуты в здании школы имени М.Горького. Из воинских частей, оставшихся в ВМБ, в госпиталь прикомандировали 6 врачей, 3 фельдшеров и 1 санинструктора.
В ноябре 1946 года госпиталь перебазировался в бывшее здание штаба флотилии, а через год в помещение ангарного типа в Аммональной пади. На этом этапе функционировали хирургическое, терапевтическое, инфекционное, поликлиническое, кожно-венерологическое, рентгенологическое отделения, клиническая и зуботехническая лаборатории.
В мае 1955 года было построено двухэтажное здание, в котором разместились хирургическое, неврологическое и кожно-венерологическое отделения. В августе 1957 года в эксплуатацию было принято трехэтажное здание, на первом этаже которого развернули аптеку, кабинет функциональной диагностики, зубной кабинет, зубопротезную лабораторию, физиотерапевтическое отделение, клиническую лабораторию, приемное отделение, рентгенкабинет, ЛФК; на втором терапевтическое, глазное, неврологическое, кожно-венерологическое отделения, рентгенкабинет и библиотеку; на третьем хирургическое, стоматологическое, ЛОР-отделение и урологический кабинет.
В начале 70-х годов штат госпиталя составлял 24 офицера, 280 рабочих и служащих, а коечный фонд превысил 350 коек. Одновременно на базе госпиталя содержались туберкулезный диспансер на 25 коек, психиатрическое отделение на 20 коек и специальное лечебное отделение на 25 коек

В это же время в госпитале проводилась большая рационализаторская и научно-практическая работа по улучшению лечебного процесса и изучению краевой патологии. Так, в 1968 году было внесено 29 рационализаторских предложений, к 1970 году их число возросло до 85. Врачи ежегодно принимали участие в научно-практических конференциях, систематически повышали свой профессиональный уровень, и в результате значительно возросло качество лечебной работы. Квалифицированное лечение получали около 5000 больных в год, за этот же промежуток времени в хирургическом отделении проводилось до 1400 операций.
Офицеры-врачи госпиталя участвовали в общефлотских учениях и длительных морских учебно-боевых походах. Все без исключения сотрудники госпиталя постоянно совершенствовали свои профессиональные навыки, как на курсах внутри госпиталя, так и посещая выездные конференции своей тематики.

В 1978 году были расширены помещение вещевого склада для хранения имущества текущего довольствия НЗ и территория медучреждения, разбита зона отдыха площадью 0,5 га. В 1980 году началось строительство 4-этажного здания под склад личных вещей, приемное отделение, административную часть, кардиологическое отделение.
С октября 1984 года коечный фонд увеличился до 450 коек. В 1986 году была сдана пристройка к главному корпусу, а в 1993-м завершилось строительство здания, в котором впоследствии разместились станция переливания крови, аптека и отделение искусственной почки. В настоящее время в госпитале развернуто более 500 коек, действует более 20 основных подразделений, еще 6 в елизовском филиале.
За 65 лет существования 20-го военного госпиталя в нем прошли лечение почти 350 тысяч человек. Только за последние годы освоено и внедрено более 30 новых медицинских методик и исследований, среди которых имплантация задних камер искусственных хрусталиков, иглорефлексотерапия, использование лазера при лечении язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Созданы отделения экстракорпоральной детоксикации и УЗИ, введено отделение искусственной почки, организована работа эндоскопического отделения, введена в эксплуатацию единственная в Камчатском крае магнитная томографическая установка, работает баракамера. Все специализированные отделения оснащены самой современной медицинской техникой и аппаратурой высочайшего уровня.