Tôn Thất Tùng sinh năm 1912 trong một gia đình thuộc hoàng tộc. Là một thanh niên đẹp trai và thông minh, được nhiều gia đình quý tộc săn đón, nhưng anh chỉ chuyên tâm học hành.
Năm 1938, trong kì thi nội trú đầu tiên của Trường Đại học Y khoa Hà Nội, anh là người duy nhất đỗ vào khoa ngoại. Thời trai trẻ của anh trôi qua trong bốn bức tường của bệnh viện Phủ Doãn (bệnh viện Việt Đức ngày nay), lúc đó là bệnh viện thực hành của Trường.
Miệt mài suốt bốn năm (1935- 1939) trong các phòng mổ xác, bác sĩ trẻ Tôn Thất Tùng đã mổ hơn 200 lá gan người chết. Một chiều mùa đông năm 1939, với một dụng cụ thô sơ là cái nạo xương, anh đã phẫu tích thành công, làm lộ rõ cơ cấu lá gan. Khám phá của anh được tặng Huy chương Bạc tại Đại học Y khoa Pa-ri.
Tiếp tục miệt mài nghiên cứu, đến năm 1941, bác sĩ Tôn Thất Tùng đã đề xuất kĩ thuật cắt gan mới: Tìm và buộc các mạch máu trong gan trước khi cắt. Sau đó, anh đã cùng thầy học là giáo sư May-ơ-may cắt thành công một thuỳ gan trái.
Sau Cách mạng tháng Tám 1945, bác sĩ Tôn Thất Tùng được cử làm Giám đốc Bệnh viện Phủ Doãn. Kháng chiến bùng nổ, ông hết lòng xây dựng mạng lưới y tế kháng chiến, động viên nhân viên bệnh viện Phủ Doãn và các sinh viên y khoa tham gia kháng chiến và cho di dời hầu như toàn bộ dụng cụ y tế, thuốc men của bệnh viện lên chiến khu. Tự ông lúc nào cũng mang theo bên mình bộ đồ mổ. Những lần bị giặc vây ở Bắc Kạn, Chiêm Hoá, nhà cửa, tài sản của ông bị đốt trụi nhưng bộ đồ mổ – vật bất li thân của ông – thì không suy suyển.
Vừa dạy học để đào tạo đội ngũ bác sĩ thực hành cho kháng chiến, vừa cầm súng, cầm dao mổ, ông luôn có mặt trong các trạm phẫu thuật tiền phương của nhiều chiến dịch lớn như Sông Lô, Hoàng Hoa Thám, Điện Biên Phủ,…
Rồi kháng chiến thành công, hoà bình lập lại. Năm 1962, ông hoàn thiện phương pháp cắt gan khô. Phương pháp này được ghi vào từ điển y khoa với tên gọi “phương pháp Tôn Thất Tùng”. Ông được mời đi báo cáo ở nhiều nước. Giới y học sửng sốt với phương pháp cắt gan của giáo sư Tôn Thất Tùng không chỉ vì thời gian cắt gan kỉ lục từ 4 đến 8 phút cho một ca mà còn vì tỉ lệ an toàn cao nhất: 600 ca thành công chỉ riêng từ năm 1961 đến 1975. Điều đáng ngạc nhiên nữa là giáo sư Tôn Thất
Tùng mổ gan không phải bằng dao điện hay tia la-de mà chỉ bằng dụng cụ thông thường cùng những cái kẹp. Vì thế, kĩ thuật cắt gan của ông đã nhanh chóng được phổ biến khắp nơi trên thế giới, ở nước giàu và ở cả những nước nghèo.
Bác sĩ Tôn Thất Tùng đã được tặng danh hiệu Anh hùng Lao động và nhiều huân chương cao quý khác. Sau khi mất, ông được truy tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh.