學院下設基礎醫學系、臨床醫學院、生物醫學工程系和公共健康研究中心，涵蓋了分子與細胞生物學、免疫學、腫瘤生物學、傳染病學、神經科學、生物醫學工程學、公共健康學與臨床醫學八大學科。 在臨床方面，清華大學華信醫院、清華大學玉泉醫院、北京清華長庚醫院是學院的附屬醫院，中國人民解放軍總醫院（301醫院）、北京醫院、中日友好醫院、北京積水潭醫院和北京神經外科研究所（天壇醫院神經外科）是學院的教學醫院。2016年12月，醫學院下成立臨床醫學院，將進一步整合基礎和臨床教學資源，提升臨床醫學博士培養質量，建設住院醫師、專科醫師規范化培訓基地。