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Les deux établissements fusionnent en 1902 avec leur voisin, l'hôpital Ricord, établissement pour vénériens créé en 1792, puis annexent successivement la maternité Port-Royal créée en 1795, la clinique Baudelocque créée en 1890 et l'hôpital Tarnier inauguré en 1881. Les bâtiments sont reconstruits entre 1908 et 1926 pour donner naissance à l’hôpital actuel, caractérisé par son modèle pavillonnaire en briques

Le groupe hospitalier Cochin comporte à ce jour 1 483 lits ; il emploie 6 700 professionnels de santé dont plus de 1 000 médecins.

Associé à l'hôpital depuis les années 1980, il existe un institut de recherches biomédicales, l'Institut Cochin réorganisé en 2002 en une structure mixte de recherche en génétique, biologie moléculaire, et biologie cellulaire. Cet institut regroupe environ 600 personnes et dépend à la fois de l'INSERM et du CNRS, tout en étant intégré à l'université Paris Descartes.

Depuis les années 1990, l'hôpital Cochin est associé à l'hôpital Saint-Vincent-de-Paul au sein du groupe hospitalier Cochin – Saint-Vincent-de-Paul, qui fait partie du groupement hospitalier universitaire ouest. En 2011, compte tenu de la réorganisation de l'Assistance Publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) en douze groupes hospitaliers, l'hôpital Cochin s'associe à l'hôpital Broca, l'hôpital La Rochefoucauld, l'hôpital de la Collégiale et l'Hôtel-Dieu de Paris afin de constituer le Groupe hospitalier hôpitaux universitaires Paris-Centre. À partir de 2019 et la réforme des universités parisienne, l'hôpital intègre la nouvelle université de Paris.

Dans cet hôpital se trouvait le centre des Grands brûlés de Paris. En 2004, une maison des adolescents, appelée Maison de Solenn en souvenir de Solenn Poivre d'Arvor, a été ouverte au sein de l'hôpital avec le soutien actif de Bernadette Chirac.

« Appel de Cochin »

Jacques Chirac, victime le 26 novembre 1978 d'un accident de la route en Corrèze, avait été transporté à l'hôpital Cochin pour y recevoir les soins nécessités par ses blessures. Le 6 décembre il communique un texte dénonçant l'UDF du président Valéry Giscard d'Estaing comme « parti de l'étranger », texte qui a été surnommé Appel de Cochin.

Protections

Les bâtiments de l'hôpital bénéficient de multiples protections au titre des monuments historiques : un classement le 4 février 1942 pour la porte Ricord située au 111 boulevard de Port-Royal, un classement le 8 juin 1990 pour la fontaine des capucins, une inscription le 26 janvier 1999 pour divers sous-sols et une inscription le 12 juillet 2004 pour le puits des capucins.