Costruito a proprie spese nel 1899 dal professor Giuseppe Gradenigo (1859-1926) per la cura gratuita dei pazienti, l’ospedale, soprannominato allora “Ospedalino”, viene inaugurato ufficialmente il 29 gennaio del 1900. L’istituto viene diretto dal fondatore fino al 1926, anno della sua morte, in seguito alla quale, per sua esplicita volontà testamentaria, si dispone che l’ente porti il nome di “Ospedale Gradenigo” e che la proprietà passi alle Figlie della Carità di San Vincenzo de’ Paoli.
Inizialmente destinata a ospitare malati di orecchie, naso e gola, la struttura offre, oltre all’attività di ambulatorio, anche una scuola di specializzazione in otorinolaringoiatria destinata a medici e infermieri, che diviene in pochi anni punto di incontro di molti allievi - provenienti anche da fuori Piemonte - che accorrono alla “scuola del maestro di Otologia”.
La prima sede, in via Reggio 2, viene attrezzata con le più moderne apparecchiature del tempo; il successo è immediato e di grande rilievo, tanto che i malati affluiscono in numero sempre crescente. Dopo breve tempo l’edificio si dimostra insufficiente, per cui si stabilisce di utilizzare appezzamenti di terreno di proprietà di Gradenigo, ristrutturando e ampliando fabbricati già esistenti per opera dell’ingegnere Melchiorre Pulciano, che già aveva recuperato importanti monumenti piemontesi quali, ad esempio, Casa Cavassa a Saluzzo. Nel gennaio 1904 l’ospedale viene trasferito in via Porro 2 - dove ancor oggi è situato l’ingresso del pronto soccorso - sede assai più vasta e adatta alle esigenze nosocomiali; nello stesso anno, sempre a opera dell’ingegnere Pulciano, tale struttura viene ulteriormente ampliata e arricchita da un elegante cancello in ferro lavorato, con porticato, verso via Ricasoli.

Durante la prima guerra mondiale il Gradenigo viene militarizzato e perde temporaneamente il suo carattere specialistico, accogliendo sia soldati feriti sia infermi. Dopo la guerra, pur mantenendo la specificità di struttura finalizzata alle cure e al trattamento delle malattie afferenti alle specialità otorinolaringoiatriche, vengono introdotte una divisione di medicina generale, una divisione di chirurgia e altre divisioni di specialità chirurgiche.
Nel periodo compreso tra le due guerre l’ospedale acquisisce una vasta fama in Torino e il numero delle prestazioni aumenta notevolmente, tanto da rendere necessari radicali ampliamenti delle strutture esistenti, che purtroppo lo scoppio della seconda guerra mondiale arresta temporaneamente.

Il 13 luglio 1943 un bombardamento aereo distrugge l’ospedale. Il fabbricato al civico 4 di via Porro e al 7 di via Ricasoli fu completamente distrutto; la parte di edificio al 2 di via Porro fu sinistrato da soffio di bomba dirompente nella parte fronte via, l'ala destra da bombe incendiaria e dirompente, l'ala sinsitra da soffio di bomba dirompente (63 locali sinistrati e 20 distrutti). All'ottobre 1944 risultava ripristinato il tetto.

Nel 1948, terminata la guerra, hanno inizio le opere di ricostruzione della struttura; il fabbricato di via Porro viene sopraelevato di un piano, si ricostruirono gli ambulatori, i laboratori e la chiesa; inoltre, si realizza una moderna sala operatoria.

A partire dagli anni Sessanta l’ospedale vive tre ulteriori e significativi interventi di ampliamento, a ognuno dei quali corrisponde un potenziamento di attività e di professionalità. Il primo si sviluppa negli anni 1964-1968, quando si realizza il corpo principale dell’ospedale, che ha ormai assunto le caratteristiche di una struttura moderna. Il secondo intervento si compie nei primi anni Novanta e porta a un incremento dei servizi e all’introduzione di importanti innovazioni tecnologiche; il terzo, alla fine degli anni Novanta, è legato all’ampliamento delle superfici di calpestio, che passano dai precedenti 11.000 metri quadrati agli attuali 17.500.

Più in dettaglio, il 27 settembre del 1999 viene inaugurato un nuovo blocco alto quattro piani che, recuperando parte dell’area dismessa dall’ATM, amplia l’edificio verso corso Regina Margherita.
L’istituto è ancor oggi proprietà della Congregazione Figlie della Carità, che nell’arco di un secolo ha realizzato una struttura in grado di far fronte a diverse migliaia di passaggi l’anno in pronto soccorso e a oltre 5 mila in day-hospital. Con l’inaugurazione della nuova ala è stato possibile potenziare i reparti destinati alla lungodegenza e alla riabilitazione funzionale, oltre che creare ambulatori nuovi.

Nel 1985 l’Ospedale Gradenigo ha ottenuto dalla Regione Piemonte il riconoscimento di Presidio sanitario.