1950 祠堂过渡，艰辛建院 1950年11月，原徐州兵工三厂医疗所随工厂一道迁来株洲。12月上旬，医疗所与原株洲兵工厂医院合并，组成株洲兵工厂工人医院，选址袁家祠堂。
1951-1959 择定院址，逐步完善 医院职工又象战争年代的战士返回根据地一样，喜气洋洋地告别袁家祠堂，搬进了属于自己的医院。从医院成立，经袁家祠堂过渡，到这次搬迁新址，医院建设揭开了新的一页。1951-1959年间，医院逐步完善发展床位增至220张，医院住院部建筑面积5000平方米，以具有一定技术和初具规模的综合医院而享誉株洲新城。不仅实现了工厂职工、家属大小伤、病不需出厂的愿望，而且还吸引着远道慕名而来的病人。
1960-1976 二次建院，重整阵容 三年自然灾害和紧接着的"文化大革命"，严重影响了医院的发展进步。当跨入七十年代时，医院向地市级医院快速迈进，到1976年，新建的7000平方米的住院楼竣工交付使用，加上其他配套房屋，净增房屋使用面积近万平方米，人员增至356人，其中卫技人员占73.5%，病床增至320张；从人员编制到床位设置，从医疗环境到科室建设，从仪器设备到技术水平，从规章制度到医院管理都基本达到地市级医院标准。
1977-1990 扩大开放，服务社会 党的十一届三中全会后，改革开放的春风吹遍大江南北，中华大地焕发出勃勃生机。同样也给卫生行业注入了新的活力。1982年，医院在省市工矿医院中已率先扩大对外开放，迈开了走向市场的关键性的一步，医院由过去主要为工厂职工家属提供医疗服务的关门办院，转向全方位对外开放的开门办院；由过去的以医疗为中心转向以病人为中心，全心全意为病人提供全程优质服务。
1983年，医院升格为县处级单位。
1987年，医院被评为省级"文明医院"。
1991-1992 争创"二甲"，奋力达标 1991年医院成立了创"二甲"达标建设办公室，开始"二甲"创建工作，同年9月，4000余平方米的新门诊大楼竣工交付使用，而且重修了厂中心广场通向门诊大楼的马路，四路汽车站也随之延至门诊楼，为迎接四方患者提供了方便条件。自筹资金60余万元购买必备医疗设备，同时加强医务人员的"三基"训练，1992年6月6日，经过湖南省卫生厅医院分级管理评审委员会评审团3天检查评审，宣布医院一次评审合格。1992年8月2日，"二甲"医院正式挂牌。从此，株洲三三一医院以在航空部和全省工矿医院中率先跨入国家二级甲等医院行列而载入史册，1992年，也成为三三一医院发展史上具有里程碑意义的一年。
1993-2003 科技兴院，再领风骚 1993年初，在全院职工大会上，明确提出要在10至15年内，使医院达到"三甲"医院水平的设想和要求。从此以后，医院一直把发展医疗技术作为医院建设的主攻方向。
1993年，医院眼科继成功开展人工晶体植入之后，又成功地开展了角膜移植。
1994年开展的株洲首例肾移植手术是具有划时代意义的科研攻关项目
1997年，成立了专治白内障的超声乳化中心；
1998年引进治疗青少年近视的美国OK镜高新技术；
2000年，又引进了当今世界上治疗近视眼最先进的技术设备--PRK+Lasik（准分子激光）治疗仪。
2002年，三三一医院一栋18000㎡的现代化住院大楼正式投入使用。添置了核磁共振螺旋CT大型设备；拥有将近700张病床编制。
2004-2008大胆尝试，健康发展 2004年以三三一医院眼科为基础，选址在三三一医院旁，共同组建一所在国内具有一流水平的眼科医院"，
2005筹资1200万元建设了7200平米的医技功能楼，同年投入300万元在全院实施计算机管理，
2006年又采取融资方式引进DR、实时三维彩色B超。
2007年株洲三三一爱尔眼科医院正式开业，作为株洲市唯一一家专业综合眼科医院，株洲市特色专科，无论从规模、设备、环境，还是从技术、实力、服务等方面，均无愧于全省知名品牌的美誉，"眼科硅谷"名不虚传。同年投资建立了安全监控系统，修建了集职工文体中心、食堂、澡堂为一体的综合楼，投资100万元美化医院环境，使得整个医院绿化率高达75.6%。
2009-2013顺利移交，晋升三级 2009年在株洲市各大厂矿医院关、停、并、转的情况下，三三一医院于2009年1月1日正式移交株洲市人民政府，并更名为株洲市三三一医院。
2010年9月16日，三三一医院成功晋升为三级综合医院，从此，株洲市有了第二家三级综合医院，二大集团医院的组建初具规模，株洲市的公立医院改革有了更多的选择。同年，根据株洲市公立医院改革规划，医院被定为株洲市芦淞区区域医疗中心。
2011年卫生部正式确定株洲市三三一医院为"全国市、县级医院常见肿瘤规范化诊疗试点医院"。
2012年医院在株洲市率先完成医院信息系统建设，并通过市卫生局组织的专家组验收，基本达到了卫生部公立医院改革信息化建设中等部署目标。同年医院被评为湖南省卫生系统先进单位。
2013年完成完成了医院信息化升级改造二期工程建设，完成了健康体检管理信息系统、大型设备（漏费）管理信息系统、院感系统等若干模块的上线工作，成为株洲市唯一的一家"数字化医院"建设示范医院。完成电网、污水等基础设施改造。
2014-2017 加强内涵建设 打造区域中心
2014年公租房投人使用，精神科顺利搬迁。检验科整体改造，功能已位于株洲市前列。
2015年组建区域消毒供应中心、医学影像中心、医学检验中心，为部分医疗机构提供集中消毒供应服务及大型设备资源共享。
2016年建立区域心电网络信息系统。覆盖白关、姚家坝、五里墩卫生院以及董家塅社区服务中心。消毒供应中心承担了市区12家医院及区域卫生院、社区的消毒供应工作，为株洲市医疗资源共享积累了经验。
2017年株洲市三三一医院医疗集团白关分院正式挂牌。召开全国性"2017湘江脊柱高峰论坛"。
2018-2020 硬件提质升级 更好服务百姓
2018年，门急诊大楼建设项目列入2019年市重点建设项目，医院获评“湖南省改善医疗服务行动示范医院”。
2019年，成立了株洲市首个肺结节MDT团队。头颈耳鼻喉甲状腺外科、脊柱外科两个专业获批“株洲市临床医疗技术示范基地”。医院获评“湖南省优秀助理全科医师培训基地”。
2020-2025 高质发展 行稳致远
2020年，胸痛中心通过国家胸痛中心总部认证并授牌。
2021年，耳鼻喉头颈外科、脊柱外科、医学影像科获评“市级临床重点专科”，脊柱疾病诊疗中心被确定为株洲市重点奖励项目。成立株洲市第一家紧密型医联体，枫溪社区卫生服务中心精神科开科，并确定为芦淞区精神障碍患者定点收治医院。
2022年，新门急诊大楼正式投入使用。耳鼻咽喉头颈外科、脊柱外科、医学影像科、眼科被评为“市州级省级临床重点专科建设项目”，皮肤性病学专业成为株洲市医学会专业委员会主任委员单位。医院获评“湖南省老年友善医疗机构”、“湖南省优秀社科普及基地”、“全市公立医院绩效考核成绩显著单位”。
2023年，株洲市首家拥有独立院区的医养结合养护院——天伦康养院试运行。入选“湖南省公立医院高质量发展示范性医院培育单位”和“现代化医院试点医院”。
2024年，引进肿瘤放射设备医科达Infinity直线加速器；3.0T磁共振兼容智能可感知脑起搏器首例植入；健康管理中心、第一住院楼提质改造升级；康养中心（原天伦康养院）被评定授予湖南省四级养老机构。
2025年，脊柱外科、急诊科成功获批省级临床重点专科建设项目；耳鼻咽喉头颈外科、护理（外科方向）、泌尿外科、麻醉科、医学影像科、骨科获批株洲市临床重点专科；中西医结合科、皮肤科、肛肠外科获批株洲市中医优势专科；“老年脊柱疾病诊疗中心”获批第四批株洲市财政扶持的临床医学重点专科建设项目；体重管理门诊通过国家HQCC标准化认证，被授予株洲市体重管理技术指导牵头单位及国家“医学减重教学医院”。
2026 跨越升级 笃行奋进
2026年， 湖南省卫健委正式批复我院为三级甲等综合医院。
