Радиотерапевтический дневной стационар ведет свою историю с 1971, когда в Челябинском областном онкологическом диспансере было открыто отделение на 50 коек «Лучевое отделение жидких изотопов». Заведовал отделением М.Я. Шапиро. В это время совместно с Московским институтом рентгенологии разработаны программы лечения при опухолях головы, шеи, лимфогранулематозах. Проводилось лечение жидкими изотопами – радиоактивным золотом, йодом, которые доставлялись самолетом из Москвы. Применялось внутриполостное введение при опухолях мочевого пузыря, желудочно-кишечного тракта и легких. В это время начинаются первые шаги по внедрению внутритканевой гамма-терапии при раке языка и губы. Для этого использовались кобальтовые иглы. В это же время был установлен аппарат близкофокусной рентгенотерапии «Шауль» для лечения базальноклеточного и плоскоклеточного рака кожи.
В период с 1969 по 1975 рентгенотерапию проводили: главный врач Н.М. Дьячкова, заведующая II радиологическим отделением Н.П. Пирогова, К.В. Соколова, медицинская сестра З.Г. Яблочкова. В 1971 с появлением аппарата РУМ 7 внедрен метод глубокой рентгенотерапии, что позволило расширить показания для комбинированного лечения поверхностно расположенных опухолей. Гамма-терапия проводилась на аппарате РУТ-Со-60. В 1973 отделение было переименовано в «Отделение дистанционной гамма терапии ЛУЧ-1». В состав этого отделения входила «Изотопная лаборатория». Проводились диагностические методы исследования: рентгенография, сцинтиграфия при заболеваниях щитовидной железы и печени. На замену аппарата РУТ-Со-60 установлен АГАТ-Р. В 1980 отделение было переведено в штат 2-го радиологического отделения ЧООД.
В 1990 установлен аппарат близкофокусной рентгенотерапии РТА-02. В 1996 внедряется технология «интраоперационная лучевая терапия» (ИОЛТ). В 1998 было создано III радиологическое отделение дневного стационара. В 90-е годы это было единственное отделение амбулаторной лучевой терапии в РФ. Возглавила отделение к.м.н. М.Н. Васильченко, автор 150 печатных научных работ, 1 изобретения, 5 рацпредложений. С 1999 отделение начинает совместную работу с РФЯЦ им. Академика Е.И. Забабахина Уральским центром нейтронной терапии в г. Снежинске.
В 2008 был установлен аппарат рентгенотерапии «Gulmay Medical D3000», который применяется при лечении злокачественных новообразованиях кожи, в том числе кожи параорбитальной области, кожи век, губы, вульвы и при внутрикожных метастазах. С 2003 по 2013 отделение возглавляла к.м.н. Е.Ю. Кандакова. На базе отделения проведены диссертационные исследования на тему «Организация и разработка методики фотонно-нейтронной терапии на генераторе НГ-12И при лечении резистентных форм злокачественных новообразований» (З.З. Мунасипов, 2004), «Оптимизация комбинированного лечения первичных опухолей головного мозга» (А.С. Доможирова, 2005), «Место нейтронной терапии в программе комплексного и комбинированного лечения больных с опухолями головы и шеи» (Кузнецова А.И., 2009). В 2005 установлен гамма-апппарат Тератрон ELLITE-80, пришедший на смену аппарата АГАТ-Р. В 2010 году началась работа на линейном ускорителе ELEKTA SYNERGY с мультилиф-коллиматором, что позволило внедрить методики конформного облучения, IMRT при опухолях различных локализаций. В 2011 начинает работу система «Кибер-нож», радиохирургический роботизированный линейный ускоритель. Он позволяет осуществлять лечение опухолей в труднодоступных топографических зонах, дополнять лечение при исчерпанности других методах воздействия на опухоль (хирургический, лучевой, лекарственный), также используется как самостоятельный метод лечения. С 2013 отделением руководит Ю.В. Галямова.
В 2014 отделение переименовано «Радиотерапевтический дневной стационар». Ежегодно лучевое лечение здесь получают более 1200 больных, в т.ч. дети. Наряду с традиционными методиками лучевой терапии применяются высокотехнологические методы лечения: стереотаксическая роботизированная радиохирургия, конформная ЛТ, сочетанная фотонно-нейтронная терапия, интраоперационное облучение, лазерная терапия лучевых реакций и осложнений. В отделении накоплен значительный опыт при лечении опухолей головы и шеи, гортани, центральной нервной системы, желудка, пищевода, рака легкого, прямой кишки, мочевого пузыря, предстательной железы, молочной железы, опухолей костей, кожи. Отделение оснащено современной аппаратурой: гамма-терапевтический аппарат «THERATRON ELLIT-80» для дистанционной лучевой терапии ЗНО; линейный ускоритель ELEKTA SYNERGY; роботизированная система «КиберНож» (CyberKnife); бетатрон для интраоперационнай лучевой терапии; нейтронный генератор НГ-12 И для проведения нейтронного этапа сочетанной фотонно-нейтронной терапии; аппарат для проведения лазерной терапии «УЗОР»; современный рентген-терапевтическим аппарат «GULMAY МEDICAL D3150».