天坛医院外科由普通外科、骨科、泌尿外科、乳腺外科，胸外科、血管外科及整形美容外科组成（合称“大外科”），共计床位数200余张，年开展手术近万台，年门诊量18万余人次，年急诊量4万余人次。自2018年天坛医院搬迁至新址以来，作为北京市区域医疗中心，大外科致力于提供高质量的医疗服务。
外科各亚专科的医疗服务设置全面，专业特色突出。脊柱外科、神经泌尿外科、肝胆胰疾病的微创治疗、肝胆胰系统恶性肿瘤的序贯治疗、肥胖和糖尿病减重手术、甲状腺肿瘤的微创手术、乳腺癌同期再造手术、肺癌及食管癌根治性手术等在国内外知名度较高。近十年来，大外科承担北京市援非及援特立尼达和多巴哥医疗任务，在当地艰苦的环境中开展大量常见及高难度手术，提高了国际影响力。
目前，大外科拥有博士后导师1人，博士生导师5人，硕士生导师6人，设骨科博士后流动站，具有高级职称48人，教授，副教授职称人员十余名，年培养硕士及博士研究生十余名。主持国家重点研发计划、“863”计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京市“十二五、十三五”重点课题、首都卫生发展专项课题等科研项目。骨科颈椎研究成果获2016年北京医学科技进步奖二等奖、2020年华夏医学科技奖三等奖、2021年首都医科大学科学技术奖二等奖。学科注重人才培养及团队建设，骨科是国际脊柱学术组织IGASS中国第一家脊柱专科医生Fellowship 培训中心、国家卫健委能力建设和继续教育中心脊柱显微外科进修与培训基地；国家骨科与运动康复临床医学研究中心“科普建设工程”项目首批成员单位、北京市丰台区临床重点专科、首批北京市医管局知名专家团队；普通外科是国家肿瘤战略联盟普通外科主任委员单位；泌尿外科是国家神经系统疾病临床医学研究中心神经泌尿和男科学研究分中心、首都医科大学泌尿外科学系绿激光培训中心、首都医科大学附属北京天坛医院快速康复中心、国家卫健委“一带一路”泌尿内镜培训中心；乳腺外科获批国家乳腺癌规范诊疗试点单位。
大外科建立了与国内外著名医学中心的密切交流合作。骨科创建天坛国际脊柱论坛（Tiantan International Spine Forum ，TISF）学术品牌，连续举办国家级继教脊柱外科技术操作培训班；普通外科举办了“新天坛、新普外2019年国际普外、肝胆胰外科研讨会”；国家级继续教育项目“肿瘤心理干预培训班”是乳腺外科学科品牌活动，乳腺外科成立了乳腺癌患者术后身心恢复的康复团体 “汝康沙龙”，定期举办病友活动。
大外科承担了首都医科大学第五临床医学院临床医学专业、口腔医学、临床药学、检验学系以及国际学院本科生的理论及实践教学工作，同时承担包括进修医师、住院医师、本院职工继续教育等教学工作。科室主持首都医科大学教学课题数十项。自2006年起成为北京市住院医师规范化培训基地，拥有带教师资近50名，基地累计培训住院医师140人，研究生千余人。2018年普通外科作为试点科室成为北京市专科医师培训基地。外科教研室近年来多次获得首都医科大学优秀教学奖、北京天坛医院先进教研室主任、北京天坛医院优秀教师等教学类奖项。
