มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ มีนโยบายจัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2522 โดยมี ศ.ประภาศน์ อวยชัย ดำรงตำแหน่งอธิการบดี โดยมีการจัดตั้งคณะกรรมการร่างโครงการจัดตั้งขึ้นชุดหนึ่ง และได้ดำเนินการอย่างจริงจังในสมัย ศาสตราจารย์คุณหญิงนงเยาว์ ชัยเสรี ดำรงตำแหน่งอธิการบดี โดยสภามหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ในการประชุมครั้งที่ 8/2526 ได้ให้ความเห็นชอบเกี่ยวกับนโยบายทางวิชาการของมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ในการที่จะส่งเสริมและสนับสนุนการศึกษาทางวิทยาศาสตร์การแพทย์ประยุกต์ โดยเฉพาะการผลิตบัณฑิตแพทย์ และมอบหมายให้อธิการบดีดำเนินการตามนโยบาย มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ได้ดำเนินตามแผนโดยการสร้างโรงพยาบาลขึ้น โดยศาสตราจารย์คุณหญิงนงเยาว์ ชัยเสรี ดำรงตำแหน่งอธิการบดี มีคำสั่ง ที่ 747/2529 ลงวันที่ 25 สิงหาคม 2529 แต่งตั้งคณะกรรมการจัดหาทุนสร้างโรงพยาบาลธรรมศาสตร์เฉลิมพระเกียรติ มีศาสตราจารย์ สุธี นาทวรทัน เป็นประธานกรรมการ และ นายประมวล สภาวสุ รัฐมนตรีว่าการกระทรวงการคลัง ในขณะนั้น เป็นประธานกิตติมศักดิ์ ระดมทุนจากศิษย์เก่าทั้งในประเทศและต่างประเทศ การดำเนินการจัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ ได้ดำเนินการต่อมาอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งสภาพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ เห็นชอบด้วยตามหนังสือของสำนักเลขาธิการคณะรัฐมนตรี ที่ นร.0203/126 ลงวันที่ 30 พฤศจิกายน 2529 ซึ่งอธิการบดีได้พบปลัดทบวงมหาวิทยาลัย ขอดำเนินการโรงพยาบาลให้ครบ 1 ปีก่อน เพื่อเป็นพื้นฐานของคณะแพทยศาสตร์ แล้วจึงจะดำเนินการเรื่องคณะแพทยศาสตร์ โดยมีการสานต่อในสมัย ศาสตราจารย์เกริกเกียรติ พิพัฒน์เสรีธรรม ดำรงตำแหน่งอธิการบดีในปี พ.ศ. 2531 ในการดำเนินการได้มีการประสานกับกระทรวงสาธารณสุข เพื่อหาแนวทางร่วมกันในการผลิตบัณฑิตแพทย์พึงประสงค์ อันสอดคล้องกับนโยบายผู้บริหารมหาวิทยาลัย และนโยบายของทบวงมหาวิทยาลัย ซึ่งสภามหาวิทยาลัยได้พิจารณาอนุมัติโครงการจัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ ในเดือนสิงหาคม 2531 คณะรัฐมนตรีมีมติให้จัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ขึ้นในมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ เมื่อวันที่ 30 มกราคม 2533 พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวฯ ทรงลงพระปรมาภิไธยในพระราชกฤษฎีกา การจัดตั้งคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ เมื่อวันที่ 19 มีนาคม 2533 มีผลใช้บังคับในวันถัดมา คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ เป็นคณะแพทยศาสตร์อันดับที่ 9 ของประเทศไทย มีการแบ่งส่วนราชการของคณะแพทยศาสตร์ เป็น 4 ส่วน คือ สำนักงานเลขานุการสถานวิทยาศาสตร์พรีคลินิก สถานวิทยาศาสตร์คลินิก และโรงพยาบาลธรรมศาสตร์เฉลิมพระเกียรติ

ในปี พ.ศ. 2543 สภามหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ซึ่งขณะนั้น ศาสตราจารย์ คุณหญิง นงเยาว์ ชัยเสรี เป็นนายสภามหาวิทยาลัย มีคำสั่งให้การบริหารโรงพยาบาลธรรมศาสตร์เฉลิมพระเกียรติ เป็นอิสระโดยสังกัดสำนักงานอธิการบดี แยกออกจากคณะแพทยศาสตร์ ดังนั้นด้วยความเห็นชอบของคณะกรรมการประจำคณะจึงได้มีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างบริหารคณะ โดยถือหลักการปรับโครงสร้างของคณะแพทยศาสตร์ให้สอดคล้องกับแผนยุทธศาสตร์ พันธกิจ วัตถุประสงค์ ของคณะแพทยศาสตร์

ในปี พ.ศ. 2553 คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ได้ดำเนินการจัดการเรียนการสอนมาเป็นระยะเวลาครบ 20 ปี จึงได้มีโครงการจัดทำหนังสืออนุสรณ์ กิจกรรมทางวิชาการรวมถึงการประชุมวิชาการต่าง ๆ และมีการจัดกิจกรรมเฉลิมฉลองในวาระดังกล่าว อีกทั้งได้มีการจัดทำตราสัญลักษณ์ “20 ปี แพทย์ธรรมศาสตร์” เพื่อเป็นการประชาสัมพันธ์กิจกรรมต่าง ๆ ของคณะตลอดปีการศึกษาอีกด้วย

ในปี พ.ศ. 2563 คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ได้ดำเนินการจัดการเรียนการสอนมาเป็นระยะเวลาครบ 30 ปี ซึ่งเป็นพันธกิจหลักของคณะ อีกทั้งยังมีการวิจัย การบริการสุขภาพและวิชาการ รวมถึงการบริหารจัดการองค์กรให้มีประสิทธิภาพและดำเนินการอย่างต่อเนื่องจนเห็นผลลัพธ์เป็นรูปธรรมหลาย ๆ อย่าง อาทิเช่น การพัฒนาอาจารย์ การรับรองหลักสูตรในระดับสากล การตีพิมพ์ของงานวิจัยในวารสารระดับนานาชาติ ภายใต้โครงสร้างบริหารที่แยกเป็น 5 หน่วยงานหลัก ได้แก่ สถานวิทยาศาสตร์พรีคลินิก สถานวิทยาศาสตร์คลินิก สถานเวชศาสตร์ชุมชนและเวชศาสตร์ครอบครัว สถานการแพทย์แผนไทยประยุกต์ และบัณฑิตศึกษา คณะแพทยศาสตร์จะก้าวสู่อนาคตที่เป็นไปตามวิสัยทัศน์ที่ตั้งใจไว้ คือ “เป็นคณะแพทยศาสตร์ชั้นนำระดับสากลสร้างผู้นำทางการแพทย์สู่สังคมอย่างยั่งยืน” อีกทั้งมีการก่อตั้งศูนย์วิจัยทางคลินิก (Clinical Research Center: CRC) และมีหลักสูตรแพทยศาสตรบัณฑิต (ภาคภาษาอังกฤษ) ครบ 10 ปีในปี พ.ศ.2566 นี้

ในปี พ.ศ. 2566 คณะแพทยศาสตร์ มหาลัยธรรมศาสตร์จะได้ดำเนินการจัดการเรียนการสอนครบ 33 ปี ซึ่งมีการพัฒนาปรับปรุงโครงสร้าง ได้แก่การปรับปรุงห้องเรียนรวม และ ให้มี colearning space มากขึ้น รวมทั้งก่อสร้างอาคาร ศูนย์ฝึกทักษะทางการแพทย์ธรรมศาสตร์ (Thammasat Medical Skill and Education Center: T-MEd) เพื่อส่งเสริมการเรียนรู้ของนักศึกษาและการให้บริการทางการแพทย์แก่ชุมชน ส่งเสริมการวิจัยของอาจารย์และบุคลากร รวมทั้งจะได้สนับสนุนการศึกษาแพทยศาสตร์และการบริการทางการแพทย์ในประเทศไทยต่อไป