宣武医院神经外科是我国神经外科发源地之一，有病床120张，其中重症监护病床16张。具备显微神经外科、介入神经放射学、神经导航定向技术、脑内窥镜技术和立体定向放射治疗的设备与技术，在脑血管病、颅内肿瘤、脊髓肿瘤、颅底肿瘤和内窥镜手术等方面居于国内领先水平。该科设有出血性和缺血性血管病组、颅内肿瘤组、颅底疾病组、脊柱疾病组、小儿疾病组、颅脑外伤组、重症监护组、放射治疗神经外科组等专业组。对出血性和缺血性脑与脊髓血管病，应用微侵袭神经外科理念和手段进行综合治疗，力求让患者在最小创伤下最大限度地恢复神经功能，效果显著。对如下疾病的治疗无论病例数量和质量均居世界首位：脑动静脉畸形、动脉瘤、硬脑膜动静脉瘘等疾病的栓塞、显微外科手术和立体定向放射治疗；从弓上到颅内的动脉狭窄和闭塞，应用支架、溶栓、动脉内膜切除和颅内外动脉搭桥术进行治疗；脊髓血管畸形的手术治疗等。神经外科是北京市脑血管病中心和首都医科大学脑血管病研究所的临床基地，是首都医科大学神经外科硕士、博士研究生培养基地和博士后流动站，设有亚萨吉尔显微神经外科训练中心、萨米颅底外科训练中心和介入神经放射培训中心。该科主办的《中国脑血管病论坛》是国际神经外科学界高层交流的平台；主办的《中国脑血管病》杂志是全国神经内外科专业医师学术交流的园地。