สถาบันแห่งนี้มีรากฐานย้อนกลับไปถึงปี 1924 หกปีก่อนการเปิดโรงพยาบาล เมื่อเจมส์ บูคานัน ดุ๊กได้ก่อตั้งกองทุนดุ๊ก^{[ 4 ]}เพื่อเปลี่ยนมหาวิทยาลัยดุ๊ก (ซึ่งในขณะนั้นรู้จักกันในชื่อวิทยาลัยทรินิตี้) ^{[ 5 ]}ให้เป็นมหาวิทยาลัยวิจัยอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ในปี 1925 ดุ๊กได้มอบเงิน 4 ล้านดอลลาร์เพื่อก่อตั้งโรงเรียนแพทย์โรงเรียนพยาบาลและโรงพยาบาล^{[ 6 ]}สองปีต่อมา ในปี 1927 การก่อสร้างโรงพยาบาลแห่งแรก (ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อดุ๊กเซาท์) ได้เริ่มต้นขึ้น และเปิดทำการในวันที่ 21 กรกฎาคม 1930 โดยมีเตียง 400 เตียง ในปี 1931 โรงพยาบาลและโรงเรียนแพทย์ได้รับการเปิดอย่างเป็นทางการในวันที่ 20 เมษายน และคลินิกวินิจฉัยโรคส่วนตัว (ระบบแพทย์ประจำของดุ๊ก) ได้จัดตั้งขึ้นในวันที่ 16 กันยายน^{[ 7 ]}ในปี 1935 ไม่ถึงห้าปีหลังจากที่โรงพยาบาลเปิดทำการสมาคมแพทย์อเมริกันได้จัดอันดับให้ดุ๊กอยู่ในกลุ่มโรงเรียนแพทย์ 20 อันดับแรกของประเทศ^{[ 6 ]}

ในปี พ.ศ. 2479 ทีมแพทย์นำโดย ดร. จูเลียน เดอริล ฮาร์ทได้นำแสงอัลตราไวโอเลต มา ใช้ในห้องผ่าตัดเพื่อฆ่าเชื้อโรค และต่อสู้กับ การติดเชื้อแบคทีเรียสแตฟหลังการผ่าตัดซึ่งช่วยลดจำนวนการติดเชื้อและการเสียชีวิตที่เกี่ยวข้องลงอย่างมาก^{[ 8 ]}ในปีเดียวกันนั้น โรงพยาบาลได้จัดตั้ง โครงการ เนื้องอกในสมอง แห่งแรกของประเทศ ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของโครงการที่จะกลายเป็นหนึ่งในโครงการที่มีชื่อเสียงที่สุดในโลกในด้าน การรักษา โรคมะเร็งในปี พ.ศ. 2480 โจเซฟ เบียร์ด ได้พัฒนาวัคซีนป้องกันโรคไข้สมองอักเสบในม้าซึ่งเป็นหนึ่งในวัคซีนตัวแรกๆ ที่รู้จักกันในการต่อสู้กับโรคที่แพร่เชื้อโดยยุง^{[ 9 ]}

ในปี พ.ศ. 2483 โรงพยาบาลได้ขยายเป็นครั้งแรก โดยเพิ่มปีกอาคารใหม่เข้าไปในอาคารเดิม ในปี พ.ศ. 2489 แผนกศัลยกรรมทรวงอก ซึ่งปัจจุบันคือแผนกศัลยกรรมหัวใจและทรวงอกของ Duke ได้รับการจัดตั้งขึ้นโดยJosiah Charles Trentในปี พ.ศ. 2490 อาคารวิจัย Bell กลายเป็นอาคารเดี่ยวหลังแรกในวิทยาเขตของโรงพยาบาล ในปี พ.ศ. 2497 ศูนย์ควบคุมพิษ ของ Duke ได้รับการจัดตั้งขึ้น^{[ 10 ]}ซึ่งเป็นหนึ่งในสองแห่งแรกที่จัดตั้งขึ้นในประเทศ

ในปี พ.ศ. 2498 จิตแพทย์ Ewald W. Busse ได้ก่อตั้งศูนย์ผู้สูงอายุแห่งมหาวิทยาลัย Duke ซึ่งเป็นศูนย์วิจัยแห่งแรกในประเภทนี้ในประเทศ^{[ 11 ]}ปัจจุบันศูนย์แห่งนี้เป็นสถานที่ที่เก่าแก่ที่สุดที่ยังคงดำเนินการอย่างต่อเนื่องในสหรัฐอเมริกา และเป็นผู้บุกเบิกการศึกษาระยะยาวเกี่ยวกับปัญหาสุขภาพในกลุ่มผู้สูงอายุ

ในปี 1956 ศัลยแพทย์ของมหาวิทยาลัยดุ๊กได้ทำการ ผ่าตัดหัวใจครั้งแรกโดยใช้การลดอุณหภูมิร่างกายของผู้ป่วยให้ต่ำกว่า 50 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 48 องศาเซลเซียส) เพื่อลดความเสียหายของเนื้อเยื่อระหว่างการผ่าตัดที่ใช้เวลานาน ด้วยความสำเร็จของการทดลองนี้ การลดอุณหภูมิร่างกายจึงกลายเป็นขั้นตอนมาตรฐานในโรงพยาบาลทั่วโลก ในปี 1957 โรงพยาบาลและโรงเรียนแพทย์ได้เปลี่ยนชื่อเป็นศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัยดุ๊ก ในปี 1958 เทลมา อิงเกิลส์ ศาสตราจารย์และประธานภาควิชาการพยาบาลศัลยกรรม ได้พัฒนาหลักสูตรผู้เชี่ยวชาญด้านการพยาบาลทางคลินิก ซึ่งเป็นหลักสูตรปริญญาโทหลักสูตรแรกในสหรัฐอเมริกา การจัดตั้งหลักสูตรผู้เชี่ยวชาญด้านการพยาบาลนี้ได้ปูทางไปสู่ความรู้ทางคลินิกขั้นสูงในการให้บริการและการสอนด้านการพยาบาล

ทศวรรษ 1960 นำมาซึ่งความสำเร็จครั้งสำคัญมากมายแก่ Duke ในปี 1963 นักศึกษาชาวแอฟริกันอเมริกัน คนแรกได้รับการยอมรับเข้าเรียนในโรงเรียนแพทย์อันทรงเกียรติ สองปีต่อมา ในปี 1965 โรงพยาบาลได้จัดตั้งโครงการ ผู้ช่วยแพทย์ แห่งแรก ในประเทศ ในปี 1966 Duke กลายเป็นศูนย์การแพทย์แห่งแรกของโลกที่ให้บริการให้คำปรึกษาทางวิทยุกับแพทย์ในประเทศกำลังพัฒนา โครงการนี้เรียกว่า Med-Aid (ย่อมาจาก Medical Assistance for Isolated Doctors) ซึ่งตอบสนองความต้องการที่สำคัญของแพทย์ที่ขาดการรักษาที่เหมาะสมในปีเดียวกันนั้น โครงการฝึกอบรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ ซึ่งเป็นโครงการร่วมที่นำไปสู่ปริญญาแพทยศาสตรบัณฑิตและปริญญา เอกพร้อมกัน ได้ถูกจัดตั้งขึ้น กลายเป็นหนึ่งในสามโครงการแรกในประเทศ ในปี 1969 มีการบันทึกการศึกษาครั้งแรกเกี่ยวกับความสามารถของมนุษย์ในการทำงานภายใต้ความดันที่เทียบเท่ากับการดำน้ำลึก 1,000 ฟุต (300 เมตร) ในห้องความดันสูง^{[ 12 ]}

เมื่อเข้าสู่ช่วงต้นทศวรรษ 1970 มหาวิทยาลัยดุ๊กได้เข้าสู่ช่วงการขยายตัวซึ่งดำเนินต่อไปจนถึงทศวรรษ 1980 ในเดือนธันวาคม 1971 ^{[ 13 ]}ศูนย์มะเร็งครบวงจรแห่งมหาวิทยาลัยดุ๊กได้รับการจัดตั้งขึ้นภายใต้พระราชบัญญัติมะเร็งแห่งชาติ^{[ 13 ] [ 14 ]} ศูนย์มะเร็งของมหาวิทยาลัยดุ๊ก ซึ่งเป็นหนึ่งใน ศูนย์ แรกๆ ในประเทศภายใต้กฎหมายที่ก้าวล้ำนี้ ได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการให้เป็นศูนย์มะเร็ง "ครบวงจร" โดยสถาบันมะเร็งแห่งชาติในปี 1973 ^{[ 14 ]} ในปีเดียวกันนั้น ศูนย์จักษุวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยดุ๊กได้รับการอุทิศและเปิดทำการในวันที่ 8 พฤศจิกายน ในปี 1978 อาคารวิจัยมะเร็งมอร์ริสได้เปิดทำการ ทำให้มีสถานที่สำหรับนักวิจัยในการศึกษาและค้นหาวิธีรักษาโรคนี้ DCI ร่วมมือกับศูนย์และสถาบันอื่นๆ อีกหลายแห่ง รวมถึงมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนาและศูนย์มะเร็งโรเจลแห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกน^{[ 15 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1970 โรงพยาบาลยังเผชิญกับการรณรงค์จัดตั้งสหภาพแรงงาน สองครั้งที่แตกต่างกัน โดยมีเป้าหมายเพื่อรวมกลุ่มคนงานบริการไร้ฝีมือของโรงพยาบาลดุ๊ก การรณรงค์ในปี 1974 และ 1978 ล้มเหลวในที่สุด และทศวรรษ 1980 นำมาซึ่งการจัดตั้งและการเคลื่อนไหวที่ต่ำที่สุดในรอบยี่สิบปีในโรงพยาบาล^{[ 16 ]}

ในปี 1980 โรงพยาบาลดุ๊กได้ย้ายไปยังอาคารปัจจุบัน (ดุ๊กนอร์ท) มูลค่า 94.5 ล้านดอลลาร์ บนถนนเออร์วิน ซึ่งอยู่ทางเหนือของที่ตั้งเดิมเล็กน้อย ในปี 1985 เมื่อโรคเอดส์ เริ่มแพร่ ระบาดและสร้างความตื่นตระหนกให้กับวงการแพทย์ โรงพยาบาลดุ๊กจึงเป็นหนึ่งในสองโรงพยาบาลแรกที่ทำการทดลองทางคลินิกในมนุษย์เกี่ยวกับยาAZTซึ่งเป็นยาตัวแรกที่ช่วยปรับปรุงคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยที่ต่อสู้กับโรคเอดส์ได้

ในช่วงทศวรรษ 1990 งานวิจัยทางการแพทย์ที่มหาวิทยาลัยดุ๊กได้ก้าวไปสู่แถวหน้าในการตรวจหาโรคที่สามารถรักษาได้ด้วยอัตราความสำเร็จที่สูงขึ้น ในปี 1990 นักพันธุศาสตร์ ของดุ๊ก ได้คิดค้นการทดสอบภายในสามนาทีเพื่อคัดกรองทารกแรกเกิด สำหรับ โรคเมตาบอลิซึมมากกว่า 30 ชนิดในคราวเดียว ซึ่งต่อมาวิธีการนี้ได้กลายเป็นมาตรฐานทั่วโลก

ในปี พ.ศ. 2535 ศูนย์มะเร็งของ Duke กลายเป็นโรงพยาบาลแห่งแรกที่พัฒนา โปรแกรม การปลูกถ่ายไขกระดูก แบบผู้ป่วยนอก ในปีเดียวกันนั้น โรงพยาบาลได้ทำการปลูกถ่ายปอดและหัวใจ/ปอดเป็นครั้งแรก^{[ 17 ]}

ปี 1994 เป็นจุดเริ่มต้นของการขยายตัวอย่างรวดเร็วของมหาวิทยาลัยดุ๊ก ในปีนั้นศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์เลวีน (Levine Science Research Center)และศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์การแพทย์ (Medical Sciences Research Center) ได้เปิดทำการ นอกจากนี้ ยังมีการปรับปรุงครั้งใหญ่ของคลินิกดุ๊ก (ดุ๊กใต้) การต่อเติมอาคารวิจัยมะเร็งมอร์ริส (Morris Cancer Research Building) ศูนย์สุขภาพเด็กแห่งใหม่ ศูนย์ดูแลผู้ป่วยนอกแบบแยกต่างหาก และการขยายที่จอดรถสำหรับผู้มาเยือน

ในปี 1998 ระบบสุขภาพมหาวิทยาลัยดุ๊ก (Duke University Health System)ได้ถูกก่อตั้งขึ้นพร้อมกับความร่วมมือใหม่กับโรงพยาบาลประจำภูมิภาคเดอร์แฮม (Durham Regional Hospital)และโรงพยาบาลชุมชนราลี (Raleigh Community Hospital ) ในปีเดียวกันนั้นสถาบันสุขภาพแห่งชาติ (National Institutes of Health - NIH) ได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยดุ๊กเพื่อเปิดหลักสูตรปริญญาโทวิทยาศาสตร์สุขภาพสาขาการวิจัยทางคลินิกเป็นครั้งแรก ด้วยความร่วมมืออันยอดเยี่ยมนี้ NIH จึงกลายเป็นองค์กรแรกที่เปิดหลักสูตรปริญญาโทร่วมกับมหาวิทยาลัยชั้นนำ

ในปี 2001 โรงพยาบาลแห่งนี้เป็นแห่งแรกที่จัดตั้งศูนย์เฉพาะทางด้านการตรวจวินิจฉัยโรคหัวใจและหลอดเลือด ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Cardiovascular Magnetic Resonance Imaging)

ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2562 ทีมงานที่โรงพยาบาลแห่งนี้เป็นทีมแรกในสหรัฐอเมริกาที่ทำการปลูกถ่ายหัวใจของผู้ใหญ่ให้กับผู้รับผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการบริจาคหลังจากหัวใจหยุดเต้น^{[ 18 ] [ 19 ]}การปลูกถ่ายจะเกิดขึ้นหลังจากหัวใจหยุดเต้นและผู้บริจาคถูกประกาศว่าเสียชีวิตแล้ว^{[ 19 ]}

ในปี 2019 โรงพยาบาล Duke Regional ได้เริ่มโครงการขยายขนาดใหญ่ในแผนกฉุกเฉินและหน่วยสุขภาพจิต^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}โครงการมูลค่า 102.4 ล้านดอลลาร์นี้จะเพิ่มจำนวนห้องส่วนตัวและเพิ่มจำนวนห้องคลินิกสุขภาพจิตผู้ป่วยนอกจาก 19 ห้องเป็น 30 ห้อง^{[ 21 ]}

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2564 แพทย์ที่โรงพยาบาลมหาวิทยาลัยดุ๊กได้ทำการบริจาคหัวใจครั้งแรกหลังจากการเสียชีวิตจากภาวะหัวใจหยุดเต้นในเด็ก^{[ 23 ]}