Центърът е основан през месец септември 1951 г. с персонал от трима лекари. През 1954 г. се премества в самостоятелна сграда, състояща се от три стаи и обслужва 4000 болни от бившите Варненски и Толбухински окръзи. Kръстен e на д-р Марко Антонов Марков, който е утвърден специалист в областта на гинекологичната онкология. Той има над 60 научни труда, от които над 15 в чужди списания. Той е член на Съюза на научните работници в България и първи български член на Международната академия по цитология със седалище – Канада. През 1961 година д-р Марков заема поста главен лекар на Онкологичен център – Варна.
През 1969 г. центърът е преместен в нова сграда, като са разкрити 4 кабинета: хирургичен, вътрешен, гинекологичен и кожен.
Допълнително работят регистратура, клинична, цитологична лаборатории и оцветителна. Персоналът нараства на 38 души. От 1985 г. Поликлиничната база се установява в нова по-голяма сграда За периода 1951 – 2001 г. главни лекари на центъра са били:

• Д-р Хаджолян
• Д-р Марко Антонов Марков
• Д-р Цеко Цеков
• Д-р Георги Дюлгеров
• Д-р Стоимен Стойчев
• Д-р Господин Игнатов
• Д-р Виолина Таскова
• Проф. д-р Георги Кобаков, д.м.

Новата история на центъра започва след 20.03.2003 г. Тогава, по предложение на Кмета на Община Варна и решение на Общински съвет Варна, МБДПЛР „Св. Иван Рилски” ЕООД – Аспарухово, Варна се вля в МДОЗС “д-р Марко Антонов Марков” ЕООД – Варна и заработиха като едно лечебно заведение. През 2003 година с помощта на Кмета на Община Варна – г-н Кирил Йорданов в двора на Диагностично консултативния блок – База І беше изграден Дом на Онкоболните

През 2007 Диагностично консултативния блок се премества в сградата на бившата поликлиника на Окръжна болница, сега ДКЦ 4, като заема втори и трети етаж след направен основен ремонт.
На 23.02.2009 е направена първа копка за започване на строежа на новото крило на стационара в кв.Аспарухово. Новата болница е триетажна с разгъната застроена площ 1679 кв.м. На партера със застроена площ 516 кв.м са разположени приемното фоайе, клиничната лаборатория на здравното заведение и отделението по образна диагностика. Там са разположени рентген, скенер и ехограф. На втория етаж е отделението за химиотерапия. На трето ниво е оформено отделение за палиативни грижи. Новият блок е свързан със съществуващата сграда на диспансера с 12-метрова стъклена топла връзка.Инвестицията в строителството е над 2.3 млн. лв. От тях 300 хил. лв. са осигурени от община Варна, 1.5 млн. лв. са от банков кредит, теглен от здравното заведение, а останалите са от бюджета на болницата.

През 2010 е направен основен ремонт на старото крило на болницата. На първия етаж е обособено отделение по онкогинекология. На същия етаж е настанено и отделението по онкологична гастроентерология. На целия втори етаж, след основен ремонт с подмяна на дограми и поставяне на топлоизолация е настанено отделението по хирургия, като са направени две нови операционни зали, като с това общия брой на операционните зали става 5. До края на 2011 трябва да бъде въведен в експлоатация и новият линеен ускорител, бункерът за който вече е почти завършен. За кратко – от септември 2010 до декември 2010 лечебното заведение е преименувано на Комплексен Онкологичен център, а от месец декември с решение на Общински съвет Варна е преименувано на Специализирана болница за лечение на онкологични заболявания „ д-р Марко Антонов Марков”.
Официалното откриване на новото крило на стационара е направено на 26.03.2011 от премиера на Република България г-н Бойко Борисов.