Neurologické oddělení Vinohradské nemocnice bylo založeno v roce 1946. Jeho prvním primářem byl prof. MUDr. Jan Šebek, DrSc. (1895–1959), který se v roce 1952 stal také prvním přednostou nově zřízené Neurologické kliniky a Katedry neurologie a psychiatrie Lékařské fakulty hygienické (LFH). Z původního pavilonu „D“ se klinika přestěhovala do současného pavilonu „F“ v roce 1954.

V roce 1959 se k pracovišti připojila Katedra neurologie Ústavu pro doškolování lékařů (ÚDL) a pod vedením prof. MUDr. Zdeňka Macka, CSc. (1913–2003) došlo k výraznému rozvoji neurologie ve Vinohradské nemocnici. Kromě poskytování léčebné péče pro široký spádový region hlavního města Prahy se klinika intenzivně věnovala výuce studentů lékařské fakulty a v letech 1959–1972 také postgraduálnímu vzdělávání lékařů. V 60. letech se zde osamostatnil obor rehabilitace pod vedením prof. MUDr. Vladimíra Jandy, DrSc.

V roce 1973 převzala vedení kliniky a katedry neurologie a psychiatrie LFH prof. MUDr. Valja Stýblová, DrSc. (nar. 1922). Klinika v tomto období úzce spolupracovala s Neurochirurgickou klinikou akademika Kunce v Ústřední vojenské nemocnici. V roce 1976 založila prof. Stýblová první jednotku neurologické intenzivní péče v Československu zaměřenou na celé spektrum akutních neurologických stavů. Klinika tehdy disponovala 91 lůžky. Současně se rozvíjel výzkum neurotoxických účinků průmyslových škodlivin u exponovaných pracovníků a bylo zřízeno Vědecké oddělení průmyslové neurologie (1968–1990) financované Ministerstvem chemického průmyslu.

V letech 1990–1996 byl přednostou kliniky MUDr. Tomáš Sereghy (nar. 1935). Důraz byl kladen zejména na rozvoj ambulantní péče; rozšířila se léčba pacientů na denním stacionáři a postupně se zkracovala délka hospitalizace.

V období let 1996–2006 vedl kliniku prof. MUDr. Pavel Kalvach, CSc. (nar. 1944), společně s primářem MUDr. Jiřím Piťhou. Klinika prošla rozsáhlou rekonstrukcí ambulancí a dvou poslucháren v suterénu. Kromě původních lůžek v pavilonu „F“ bylo zřízeno oddělení cévních mozkových příhod s kapacitou 28 lůžek v přebudovaném zařízení v areálu Na Míčánkách (vedoucí MUDr. Jaroslav Korsa). Významně se rozvinula ultrasonografická laboratoř a v roce 1998 byla založena Centra pro léčbu demyelinizačních onemocnění a Poradna pro kognitivní poruchy a demence.

V letech 2006–2008 byl do funkce přednosty kliniky opět povolán MUDr. Tomáš Sereghy. Lůžkový fond kliniky byl v tomto období redukován na kapacitu 50 lůžek.

V letech 2008–2011 zastával funkci přednosty kliniky MUDr. David Doležil, Ph.D. (nar. 1965). Pod jeho vedením došlo ke zvýšení kvality péče o akutní neurologické pacienty a k posílení neuroradiologické spolupráce. Klinika získala statut Regionálního centra pro léčbu cerebrovaskulárních onemocnění. Významnou personální obměnu přinesl příchod mladých lékařů, vedených prim. MUDr. Evou Medovou.

V září 2011 se přednostkou kliniky stala prof. MUDr. Ivana Štětkářová, CSc., MHA (nar. 1963), klinickým zástupcem byl jmenován prim. MUDr. Libor Svoboda. Od roku 2016 zastává funkci primáře MUDr. Tomáš Peisker, Ph.D. Od roku 2010 na klinice funguje Centrum pro léčbu iktů. V roce 2015 klinika získala statut Centra vysoce specializované péče o pacienty s iktem, umožňující kromě systémové intravenózní trombolýzy také mechanickou rekanalizaci ve spolupráci s Kardiologickou klinikou FNKV. Tento statut po 5 letech znovu obhájila a v roce 2025 byla akreditována ministerstevem zdravotnictví na dalších 6 let jako Centrum vysoce specializované komplexní cerebrovaskulární péče. Již v roce 2012 získala klinika statut Komplexního centra pro léčbu spasticity, s možností lokální aplikace botulotoxinu a intratekální léčby baklofenem pomocí pumpových systémů. V České republice existují obdobná centra pouze ve fakultních nemocnicích v Brně a Olomouci.

V posledních letech došlo k výrazné modernizaci neurofyziologických a neurosonologických provozů. Zrychlení diagnostických procesů umožnilo další zkracování doby hospitalizace při provozu na nižším počtu lůžek. Dynamicky se rozvíjí špičková péče v Centru pro léčbu demyelinizačních onemocnění, včetně podávání nejmodernější biologické terapie. Posiluje se rovněž samostatnost a efektivita specializovaných odborných poraden (vertebrogenní, epileptologické, neuromuskulární, poradna pro neuropatické bolesti aj.). Rozvíjí se péče v Centru pro poruchy kognitivních funkcí (AD centrum v pavilonu „K“) a v Centru pro diagnostiku a léčbu bolestí hlavy s využitím moderní biologické léčby.

Vedle pedagogické činnosti se kolektiv kliniky dlouhodobě věnuje vědecko-výzkumné činnosti v oblasti cerebrovaskulárních onemocnění, Alzheimerovy demence, roztroušené sklerózy, spasticity, vertebrogenních poruch a základních neurofyziologických procesů nervového systému.