國泰綜合醫院神經外科成立於民國69年，初期由台大醫院黃金山醫師擔任科主任，並禮聘台大醫院林瑞明、高明見、洪慶章教授共同指導，於民國71年劉康男醫師由長庚醫院轉至本院加入服務陣容。
本科初期主要的病人以頭部外傷、腦瘤之手術為主，民國71年黃主任曾至日本美原腦血管中心及信州大學追隨日本當代名師 水上公宏及Sugita教授研習腦部疾病手術及診斷技巧。而劉康男醫師亦曾至美國波士頓研習顯微手術。
黃主任回國後與國內神經內科權威洪祖培教授與李克怡主任共同推展台灣腦中風之防治及相關手術，在民國72年再度至美國辛辛那堤大學追隨國際著名大師 John. M. Tew教授學習腦動脈瘤、顱底手術及三叉神經痛之治療並積極參與脊髓損傷之研究。
黃主任於民國73年回國後，積極發展神經外科之各項手術與開發。多年來國泰綜合醫院培育出多位本國籍及外國籍的優秀專科醫師人才，目前除了在本院醫療各體系服務外，亦有在其他家醫學中心甚或返回母國擔任神經外科主任或是主治醫師，均獲得良好口碑。
民國98年起由張志儒醫師擔任科主任，期間致力於神經外科次專科之規劃與準備。除積極於本院內部培養人才，如劉元凱、陳俊賢、黃志達、張明元、梁福翥、許斯凱、許劭遠、溫中瑜等醫師。更於院外廣招學有專精的主治醫師，包括台大醫院陳敏弘、蘇亦昌醫師、以及三軍總醫院謝政達醫師加入本院陣容服務。分別於神經腫瘤、神經脊椎、神經血管、神經重症、腦中風、頭部外傷、功能性手術等範疇努力，目前取得非常良好的成績
目前本科共有13位神經外科專醫師主治醫師服務於國泰醫療網。總院每年手術超過1000例，汐止分院600例、新竹分院亦有400例。本院爲衛福部神經外科專科醫師訓練計劃認定合格之主要訓練醫院，每年都有招收住院醫師，對於住院醫師於醫、法、倫的全人教育非常紮實，本科訓練之醫師參與台灣神經外科專科醫師甄審考試至目前為止考取率達100%。
本醫療網特聘前南投基督教醫院院長、前彰基外科部部主任兼神經外科主任、台灣立體定位功能性神經外科及放射手術學會理事的鄭均洹教授加入，提升本院神經外科功能型手術之專科訓練及教學研究，完整次專科發展，並提供民眾更優質的醫療服務。
國泰神經外科長期努力拓展脊椎疾病之研究與治療，累積至目前已有超過8000例以上之脊椎手術病例成績斐然。在腦瘤手術部份亦累積1500例以上且均有高度成功率。在顱底腦瘤手術亦有傲人之摘除成功率。而本院所增置的Hybrid OR更是對腦血管病變及脊椎微創導航手術取得良好的成績。近年更與世界同步提供急性腦血管梗塞取栓手術的服務。
本科對於相關醫護人員的在職進修與學習也非常重視。不僅設有專科護理師4名，更定期對所屬之加護單位及一般病房人員予以專科的在職教育，以建立良好的醫療團隊給予病患最好的照顧。