学院前身是1958年建立的南京医学院徐州分院。
1959 年新海连医学专科学校并入，
1960年，经江苏省人民政府批准，正式定名为徐州医学院。
1985年开始硕士研究生教育。
1996年开始相继与中科院上海药物所、大连医科大学和中国科技大学联合培养博士生。
2000 年，徐州卫生学校并入徐州医学院。
2005 年 ，学校以“优秀”成绩通过了国家教育部本科教学工作水平评估。
2013年，学校成为博士学位授予单位。
学术研究科研成果截至2013年12月，学校获各级各类科研课题1367项，课题经费 6587.84 万元，其中国家自然科学基金资助 162项，重点项目3项，其他省部级以上课题近100项。获卫生部科技进步三等奖3项，省部级科技进步奖48项；近3年共发表论文2909 篇，其中中文核心期刊发表论文595篇，被 SCI、EI、CPCI-S论文收录近600篇，单篇论文最高影响因子达 7.535 。2007年，学校有2篇论文入选中国科学技术信息研究所发布的第一届“中国百篇最具影响优秀国际学术论文”，是全国唯一一所有2篇论文同时入选的独立设置的医学院校。获国家科技进步奖二等奖和自然科学奖二等奖2项，省级科技进步奖一等奖、省级教学成果奖特等奖等38项省部级成果奖。
科研机构截至2013年12月，学校拥有省级重点实验室和科研平台5个，省级研究所10个。
江苏省麻醉学重点实验室
江苏省脑病生物信息重点实验室
江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室
江苏省肿瘤生物治疗重点实验室
江苏省肿瘤生物治疗工程实验室
江苏省麻醉医学研究所
徐州医学院肿瘤防治研究所
徐州医学院心血管病研究所
徐州医学院生殖遗传研究所
生物化学与分子生物学研究中心
徐州医学院造血干细胞移植中心
徐州医学院神经生物学研究中心
徐州医学院新药及临床应用研究中心
徐州医学院统计分析中心
徐州医学院神经精神病学研究中心
学术资源《徐州医学院学报》创刊于1979年，16开，季刊，限国内发行；1986年始交邮局公开发行，仍为季刊，16开；1997年改为双月刊；1998年改为A4开本，仍为双月刊。学报自创刊至今，始终按照党的出版工作方针出刊，注重内涵建议，紧紧围绕提高学报质量这个中心，瞄准学院省重点学科 “ 麻醉学 ” 和 “生物化学” ，开辟专栏，全面报道学院医学科学研究状况。
在省、市及全国举行的各种评比中连连获奖，特别是2004年获得教育部科技司颁发的“优秀编辑出版质量奖”，2005年获中国高等学校自然科学学报研究会颁发的“高校科技期刊先进集体”荣誉称号。