中国医科大学附属第一医院放射治疗工作始于上个世纪二十年代，成为当时国内能开展放射治疗工作为数不多的数家医院之一。1960年成立肿瘤科放射治疗组，1979年独立为放射治疗科，2013年被评为国家卫健委临床重点专科，2016年被评为辽宁省卫计委临床重点专科，2020年被评为辽宁省放射治疗临床医学研究中心。科室共有医生35人。其中现任中国医师协会肿瘤放射治疗医师分会副会长1人、中国抗癌协会放射肿瘤专业委员会常委1人、国家癌症中心放射治疗质控委员会委员1人、辽宁省医学会放射肿瘤学分会主任委员1人及青年委员会主任委员1人。分为头颈部、胸部肿瘤、消化系统肿瘤、乳腺癌、妇科肿瘤放射治疗组。病床90张。附设放射生物研究室。中国医大一院放射治疗科2019年获批国家卫健委质子加速器配置许可证，具有国际先进水平的东北地区唯一质子治疗中心正在筹建中。2020年配置了国内首台M6型亚毫米精准度的射波刀，还拥有螺旋断层放射治疗机（TOMO）、ELEKTA公司VersaHD等型号加速器3台、SIEMENS公司ARTISTE型加速器1台、MOBETRON术中放疗系统1台、NUCLETRON近距离后装治疗机1台；SIEMENS和PHILIPS公司大孔径CT模拟定位机3台；ADAC、CMS、RayStation三维治疗计划系统30余套。开展SBRT、SRS、ART、VMAT、IGRT、ROIT、ABC及内外融合IMRT等先进的放射治疗技术。承担国家科技部“863”科技攻关课题及国家自然基金等课题30余项；发表包括SCI论文300余篇。累计培养博士及硕士研究生100余名。