随着外科学的不断发展，手术室从无到有、从小到大、从简单到高端，经历了多次变革。迄今为止，可以归纳为以下四代手术室。

又称为创世纪简易型手术室。19世纪的手术并非在固定的地方施行，而是在病房或患者家中，也可以在医生的诊所进行。手术大多在自然环境下进行，没有采取预防接触污染和空气污染的措施，手术感染率较高。

又称为分散型手术室，是专门建造的、非封闭建筑的手术室，有供暖、通风设施，使用消毒灭菌技术，手术的感染率明显下降。20世纪，在欧洲医院的各病房开始配置相应的手术室。1937年召开的法国巴黎万国博览会上，正式创立了现代模式的手术室。

又称为集中型手术室，是具有密闭的空调且建筑分区保护的手术室。手术环境得以改善，术后感染率在药物控制下开始稳步降低。1963年，首次出现中央供应型手术室平面布局；1969年，英国推荐污物回收型手术室，是现代手术室的雏形。

又称为洁净手术室。手术室相对较为集中，但完全独立，具备空气净化层流系统，设备齐全，能满足各种类型的手术需求。1966年，美国巴顿纪念医院建立第一个层流净化手术室；1986年，解放军总医院建立我国第一间层流洁净手术室。21世纪，随着医院信息系统应用与发展，现代一体化手术间、CT手术间、术中放疗手术间等复合手术间随之出现。1992年在美国出现了世界上第一间一体化手术室的建设。现代数字化手术室的大量涌现，为患者提供了更安全、信息化、智能化的治疗环境。