In 1414 werd op deze plek het Caeciliaklooster gesticht. Zusters Augustinessen verzorgden er tot ver in de zestiende eeuw bejaarden en zieken. In 1574 kwam daar verandering in. Alle zorgbehoevenden uit soortgelijke religieuze instellingen werden door het stadsbestuur verplaatst naar één centrale plek in de stad: het Catharinagasthuis. Al snel bleek het gasthuis te klein en de verbouwing van het oude Caeciliaklooster tot gasthuis begon. In 1600 was het klaar.

Een historische gebeurtenis vindt plaats in 1636. Arts en hoogleraar Otto Heurnius komt met het idee om in het Caeciliagasthuis praktijkonderwijs te geven aan studenten aan de Universiteit Leiden. Een aantal bedden wordt afgehuurd om patiënten te kunnen onderzoeken en colleges te geven. Tot het einde van de achttiende eeuw blijft dit gebruik bestaan. De bekendste onderwijzer in de geschiedenis van het Caeciliagasthuis is Boerhaave. Met name de colleges die hij tussen 1737-1738 gaf, leverden hem veel faam op.

Na Boerhaave nam de kwaliteit van het praktijkonderwijs sterk af en daalde het aantal patiënten. Tot 1852 bleef het Caeciliagasthuis een hospitaal. Na die tijd heeft het gebouw verschillende functies gehad. Na een grote verbouwing is sinds 1991 Museum Boerhaave er gevestigd.