放射治疗中心是集医、教、研为一体的肿瘤临床学科室。中心由放射治疗诊区（建筑面积约6700平方米）及肿瘤五病区（建筑面积约2000平方米）组成，展开床位45张，床位利用率95%以上。

中心现有专业技术人员46名。医生14名，高级职称4名，中级职称2名，初级职称8名，其中博士1名，硕士10名，本科3名。物理师、技师15名，高级职称2名，中级职称5名，初级职称8名。护士17名，高级职称1名，中级职称1名，初级职称15名。90%的医生、技师、物理师、护士来自大型三甲医院，拥有扎实的专业技能、丰富的从业经验。科室着眼于前沿、精准、个体等发展理念，将持续引进各类高层次专业技术人才。中心目前开展外照射放疗和近距离放疗。

中心目前配备美国瓦里安公司Halcyon高端医用直线加速器，系西北首台正式投入运行的Halcyon智慧放疗设备；瑞典医科达Snergy双光子医用直线加速器，可行三维适形放疗(3DCRT)、调强放疗(IMRT)、容积旋转调强治疗(VMAT)、体部立体定向放疗(SBRT)、电子线照射等治疗；玛西普公司Infini头部伽马刀，是目前国际最先进水平的立体定向放疗设备；美国瓦?安公司 GammMedplus iX 遥控 HDR 后装机及MRI 定位兼容性施源器，可实施MRI定位精准照射；荷兰飞利浦公司16排大孔径CT模拟定位机，可满足各种特殊体位要求放疗定位。

2020年10月27日国家卫生健康委发布《关于2019年第二轮甲类大型医用设备配置许可的通告》。西安国际医学中心医院成为西北地区唯一获得质子放射治疗系统准予许可的机构。同年获得放射外科手术机器人CyberKnife（射波刀）配置许可，是全球唯一整合最先进的机器人技术和智能影像实时监控/追踪系统的全身立体定向X射线放射外科治疗设备。2021年7月30日获得螺旋断层放射治疗系统（TOMO）配置许可。