สาขาประสาทวิทยา ภาควิชาอายุรศาสตร์ และสาขาประสาทศัลยศาสตร์ ภาควิชาศัลยศาสตร์ ได้ปฏิบัติงานในเรื่องการเรียนการสอน การวิจัยและการบริการร่วมกันมาเป็นระยะเวลายาวนาน โดยมีประวัติความเป็นมาดังนี้

พ.ศ. 2509 ได้มีการก่อตั้งตึกธนาคารกรุงเทพฯ ภายในโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ เพื่อเฉลิมฉลองการเสด็จนิวัต พระนครภายหลังการเสด็จประพาสยุโรป และสหรัฐอเมริกาของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ภายในตึกแห่งนี้ประกอบด้วย 3 หน่วยงาน คือ หน่วยงานทางประสาทวิทยา จิตเวชศาสตร์ และประสาทศัลยศาสตร์ นับเป็นสถานที่แห่งแรกที่ได้รวบรวมแพทย์ที่ปฏิบัติงานเกี่ยวกับโรคทางระบบประสาท และ จิตเวชศาสตร์ไว้ในสถานที่เดียวกัน เนื่องจากพื้นฐานทางวิชาการ และการบริการผู้ป่วยของโรคในทั้ง 3 หน่วยงานมีความสัมพันธ์กันเป็นอย่างยิ่ง หน่วยงานเหล่านี้มีเครื่องมือเครื่องใช้พร้อมและทำงานใกล้ชิดกัน ตามแนวคิดของผู้บริหารของคณะแพทยศาสตร์ และโรงพยาบาลในสมัยนั้น ในส่วนของหน่วยงานทางประสาทวิทยา ในระยะแรกของการก่อตั้งได้มีการศึกษาวิจัยโรคระบบประสาทในเขตร้อนหลายอย่างเช่น โรคพยาธิสมอง โรคเยื้อหุ้มสมองอักเสบจากวัณโรค โดยมี ศาสตราจารย์ นายแพทย์บุญเลี้ยง ตามไท และ ศาสตราจารย์ นายแพทย์ทองจันทร์ หงศ์ลดารมภ์ เป็นผู้บุกเบิกงานด้านนี้

พ.ศ. 2512 ได้จัดตั้งหน่วยงานทางประสาทวิทยาและจิตเวชศาสตร์ ขึ้นเป็นแผนกประสาทวิทยา – จิตเวชศาสตร์ (เทียบเท่ากับภาควิชาในปัจจุบัน) โดยมีศาสตราจารย์ นายแพทย์บุญเลี้ยง ตามไท เป็นหัวหน้าแผนกคนแรก ดำเนินการเกี่ยวกับการเรียนการสอนการวิจัยร่วมกันระหว่างกับประสาทแพทย์และจิตแพทย์ ในส่วนของประสาทแพทย์การทำงานก็ยังทำงานร่วมกับประสาทศัลยแพทย์อย่างใกล้ชิด

พ.ศ. 2518 หน่วยงานทางจิตเวชศาสตร์ได้ปรับปรุงโครงสร้างและจัดตั้งเป็นแผนกจิตเวชศาสตร์ ส่วนหน่วยงานทางประสาทวิทยาก็ได้ปรับปรุงโครงสร้างเช่นเดียวกัน และเข้าสังกัดเป็นหน่วยงานหนึ่งในแผนกอายุรศาสตร์ ซึ่งต่อมาได้มีการเปลี่ยนเป็นสาขาประสาทวิทยา และภาควิชาอายุรศาสตร์ ตามลำดับสาขาวิชาประสาทวิทยาได้ดำเนินการเรียนการสอนร่วมกับสาขาประสาทศัลยศาสตร์อย่างใกล้ชิดมีการจัดการประชุมประจำสัปดาห์ร่วมกัน และร่วมกับภาควิชาอื่นๆ ได้แก่
ภาควิชารังสีวิทยา และภาควิชาพยาธิวิทยา, ภาควิชากายวิภาคศาสตร์ การประชุมดังกล่าวเป็นที่นิยมและมีคณาจารย์แพทย์ประจำบ้านและนิสิตแพทย์เข้าร่วมประชุมเป็นจำนวนมาก ในระยะต่อมาทางคณะแพทยศาสตร์ได้จัดตั้งหลักสูตร Neuroscience ซึ่งเป็นการสอนนิสิตแพทย์ร่วมกันแบบบูรณาการสาขาประสาทวิทยา และสาขาประสาทศัลยศาสตร์มีส่วนร่วมกันเป็นกลไกสำคัญในการพัฒนาหลักสูตรนี้สืบต่อกันมาจนถึงปัจจุบัน

ในช่วงเวลาที่ผ่านมาสาขาประสาทวิทยาได้มีการเปลี่ยนแปลงพัฒนาไปอย่างมาก โดยมีการจัดตั้งอนุสาขาต่างๆ ทางประสาทวิทยา เช่น อนุสาขาโรคหลอดเลือดสมอง อนุสาขาโรคลมชัก อนุสาขาโรคพาร์กินสันและกลุ่มความเคลื่อนไหวผิดปกติ อนุสาขาโรคระบบประสาทส่วนปลาย เป็นต้น และได้มีการจัดตั้งศูนย์ต่างๆ เพิ่มขึ้นได้แก่ ศูนย์ปฏิบัติการโรคทางสมอง ศูนย์โรคลมชักครบวงจร ศูนย์โรคหลอดเลือดสมอง ศูนย์รักษาโรคพาร์กินสัน และกลุ่มโรคความเคลื่อนไหวผิดปกติ และมีคลินิกพิเศษทางประสาทวิทยาขึ้นหลายคลินิก เช่น คลินิกโรคลมชัก คลินิกโรคพาร์กินสันและกลุ่มโรคความเคลื่อนไหวผิดปกติ คลินิกโรคปวดศีรษะ คลินิกมัลติเพิลสเคอโรซิส คลินิกโรคสมองเสื่อม (ร่วมกับภาควิชาจิตเวชศาสตร์) เป็นต้น การพัฒนาในอนุสาขาเหล่านี้ทำร่วมกับภาควิชาอื่นๆ เนื่องจากอนุสาขาใหม่เหล่านี้มักจะมีลักษณะเป็นสหสาขา ในส่วนของสาขาประสาทศัลยศาสตร์ นับว่ามีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง และได้ร่วมกับสาขาวิชาประสาทวิทยาพัฒนาเกี่ยวกับ โรคลมชัก โรคหลอดเลือดสมอง โรคพาร์กินสัน และกลุ่มโรคความเคลื่อนไหวผิดปกติ ทำให้คณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เป็นผู้นำในโรคเหล่านี้ ในอนาคตความร่วมมือในการพัฒนาอนุสาขาที่จะเกิดขึ้นใหม่เช่น โรคมะเร็งทางระบบประสาท ก็คงจะมีการพัฒนาร่วมกันอย่างไม่หยุดยั้ง