永州市腦科醫院（原永州市芝山醫院）前身為衡陽專署零陵精神病療養院。建于1959年7月，院址設零陵縣東風鎮高山寺12號一座古廟內（今永州市零陵區東山路11號），占地面積25733 m2。醫院隸屬衡陽專署民政科領導，由衡陽專署民政科委托零陵縣民政股代管，以收容革命殘廢軍人、復原退伍軍人和社會“三無”對象中的精神病人為主要業務。

      1962年12月，更名為零陵專署精神病療養院 。1972年，醫院更名為零陵地區精神病院，承擔零陵地區精神病人的防治工作。1980年，醫院歸地區民政局和地區衛生局雙重領導。1992年，醫院更名為零陵地區芝山醫院。1995年，根據零陵地區機構編制委員會核定，醫院定編床位250張，人員編制250名，其中衛生技術人員110名，護士75名，行政管理和工勤人員65名。

      1996年零陵地區改為永州市后，醫院更名為永州市芝山醫院，并沿用至今。

      2010年1月，按照湖南省民政廳《關于同意永州市芝山醫院為優撫醫院的批復》文件精神，醫院被確定為永州市優撫醫院。8月，由永州市衛生局確定為永州市精神病防治與指導機構。12月，永州市政府下發《永州市人民政府辦公室關于做好重性城區流浪乞討危重病人及精神病人救治救助工作的通知》，將醫院確定為中心城區流浪乞討精神病人定點救治醫院。

      2014年3月，永州市編委批復同意，將永州市芝山醫院和永州市瀟湘醫院合并組建永州市精神病醫院，單位性質不變，后因兩院人事管理、資金運行、業務范圍等方面因素未能融合到位，兩院實際上仍處于各自獨立運行的狀態。

      2014年8月，省衛生廳發文《湖南省衛生廳關于確定省市精神衛生中心的通知》，確認永州市芝山醫院為永州市精神衛生中心。9月，醫院成立市精神衛生中心辦公室，由醫院醫務科長蔣先勝任辦公室主任。

      2014年10月，市公安局、市民政局、市衛生局聯合下發《關于指定永州市芝山醫院作為強制醫療場所的通知》文件，永州市芝山醫院確定為強制醫療場所，負責收治本市人民法院決定強制醫療的對象，或因省強制醫療所容量有限而難以收治的對象，以及相應醫療監護工作。

      2017年11月8日，醫院整體搬遷至位于零陵區長茅坪2號的新院區。