Der har været et sygehus i Holbæk siden 1844, da det daværende Holbæk Amt byggede et sygehus på den grund, hvor det nuværende ligger. Dengang var der 40 sengepladser og 12 celler til psykisk syge. Derudover var der en arbejdsanstalt til 16 fattiglemmer.
Det nuværende Holbæk Sygehus er et akutsygehus med 1.700 ansatte (omregnet til fuldtidsstillinger), 340 senge og ca. 200.000 borgere som patientgrundlag. Det er et af de fire akutsygehuse i Region Sjælland, hvilket betyder, at sygehuset behandler patienter med akut opståede skader eller sygdom hele døgnet. Akutmodtagelsen har omkring 30.000 patienter om året, og ud over denne har sygehuset en bred vifte af afdelinger, inklusive de kirurgiske og en gynækologisk. En stor medicinsk afdeling behandler bl.a. patienter med hjertesygdomme, geriatri (sygdomme hos ældre) og sukkersyge.
Sygehuset rummer regionens enhed for tværfaglig udredning og behandling, som hjælper praktiserende læger med behandling af patienter med komplicerede sygdomme samt stiller diagnose hos patienter med symptomer, der er svære at tolke. Da patienter med medicinske sygdomme ofte fejler flere ting, har Holbæk Sygehus som et af de første i landet etableret et fælles ambulatorium for patienter med kroniske medicinske sygdomme. Formålet er at lette behandlingen og undgå, at patienterne skal på hospitalet mange gange på kort tid.
Sygehuset er også kendt for sin børneafdeling, der har specialiseret sig i forskning i og behandling af børn med overvægtsproblemer. Ud over patientbehandling er der stor undervisnings- og forskningsaktivitet.
