中山医院神经外科现为国家级重点学科、卫生部专科医师培训基地、博士学位授予点及上海市重点实验室数字医疗研究中心临床试验和培训基地。1950年12月2日，由时任中山医院院长的沈克非教授和史玉泉医生在中山医院成功开展了全国第一例胶质瘤切除术，当时的上海《新闻报》作了头版报道。由此开创了中山医院神经外科事业。1993年5月在抢救香港新闻代表团重大车祸伤中出色地完成了任务，受到国务院新闻办的表彰。2001年在上海市率先使用Le-FortI经上颌入路切除斜坡肿瘤。2006年起在上海市率先开展各种神经内窥镜颅底手术包括内窥镜经鼻蝶入路垂体瘤切除术、斜坡肿瘤、鞍结节脑膜瘤、视神经管减压术和海绵窦肿瘤切除术；内镜下微血管减压术治疗面肌痉挛和原发性三叉神经痛等微创手术。2008年在国内率先运用神经导航经口腔入路齿状突切除治疗颅底凹陷症。2009年在国内率先开展神经内窥镜扩大经鼻入路鞍上三脑室颅咽管瘤切除术。目前是国内开展神经内镜微创手术最为全面的神经外科之一，是上海市唯一的开展内镜下经鼻蝶入路切除垂体腺瘤等颅底肿瘤的神经外科、也是上海市唯一成立颅底内镜治疗组的神经外科，是华东地区开展神经内镜微创手术最全面的神经外科。较早常规开展蛛网膜下腔出血后急性期颅内动脉瘤的夹闭和介入手术。采用微创技术常规开展包括脑干、海绵窦和斜坡区肿瘤等在内的各型高难度神经外科手术，肿瘤全切率、围手术期死亡率及致残率均达到国内一流水平。对于包括垂体瘤、颅咽管瘤在内的各种鞍区肿瘤、面肌痉挛、三叉神经痛、颅内动脉瘤和各种类型的脑积水等神经外科疾病的微创手术，临床效果好。中山医院神经外科还发现了世界首例三脑室和侧脑室内Burkitt淋巴瘤患者，报道了世界首例同侧颈内动脉和椎动脉缺如的病例。