L'edificio fu fatto costruire nel 1443 da Nicolas Rolin, il celebre cancelliere del duca di Borgogna Filippo il Buono, e da sua moglie Guigone di Salins per fondare un ospedale dei poveri a seguito dei danni e della miseria in cui era caduta la città di Beaune alla fine della Guerra dei cent'anni. Fu completato nel 1452.

Durante i periodi trascorsi in Fiandra, anch'essa sottomessa al duca di Borgogna, Nicolas Rolin fu sedotto dall'architettura degli ospedali del Nord e se ne ispirò per fare edificare il suo palazzo per i poveri. Si avvalse di artigiani della regione di Beaune per l'edificazione dell'Hôtel Dieu come Jean Rateau, capo muratore e Guillaume La Rathe, maestro d'ascia, autore della freccia.

Da allora e ininterrottamente fino al XX secolo vi ebbero sede le Suore ospedaliere di Santa Marta. Un nuovo centro ospedaliero è stato costruito nel 1971 e la parte antica dell'Hôtel-Dieu è stata trasformata in museo. È noto per ospitare il Polittico del Giudizio Universale, capolavoro di Rogier van der Weyden e della pittura fiamminga in generale. Il luogo compare anche nel film Tre uomini in fuga con Louis de Funès.