Conçu en deux pavillons reliés à tous les niveaux, le nouveau CHUM réunit trois principaux secteurs d'activités : les unités de soins ―772 chambres d'hospitalisation individuelles en soins intensifs et généraux―, 27 cliniques ambulatoires et les services diagnostiques et thérapeutiques associés.

Le pavillon sud comprend une urgence de 51 civières, l'imagerie médicale (dont 6 salles d'IRM, 5 salles de tomographie axiale et 7 salles d'angiographie), un bloc opératoire de 39 salles et 6 800 m² de laboratoires cliniques. Les unités de soins critiques sont situées au-dessus de ces fonctions, afin d'optimiser les liens fonctionnels essentiels et de réduire les temps de déplacements. Aux étages supérieurs sont aménagées les autres unités de soins avec double corridors, qui permettent de concentrer les services et les postes de travail au centre des unités. Cet aménagement a pour objectif de diminuer considérablement les déplacements du personnel soignant pour leur permettre de passer plus de temps au chevet des patients.

Le pavillon nord regroupe l'unité de radio-oncologie (12 accélérateurs linéaires), les fonctions publiques, l'ensemble des cliniques ambulatoires (incluant la recherche clinique), le centre d'ophtalmologie, le centre d'oncologie (43 places de traitement) et les fonctions administratives. La centrale d'énergie et les quais souillés sont situés à l'ouest de l'avenue Sanguinet, hors de l'emprise du complexe hospitalier, afin de limiter les dérangements des activités hospitalières.

La réalisation du projet fut prévue en deux phases afin de respecter les exigences de fonctionnalité du CHUM et le maintien des opérations de l'hôpital Saint-Luc durant la réalisation de la phase 1. Celle-ci correspond à la construction du pavillon sud, qui fût réalisée par CannonDesign + NEUF architect(e)s (proposition technique retenue) et mis en service à l’automne 2017. La 2e phase, qui comprend la démolition de l'hôpital Saint-Luc ainsi que la construction du pavillon nord, a été livrée en 2021 par notre firme en consortium avec MSDL.

Plusieurs défis inhérents au projet ont façonné la solution développée : son implantation sur un site à haute densité urbaine comprenant la gestion des circulations et l’intégration d’éléments patrimoniaux; l'ampleur, la logistique et la fonctionnalité des activités hospitalières; le phasage des activités; l’évolution constante des technologies biomédicales; la création d'environnements thérapeutiques calmes favorisant la guérison et le bien-être du personnel.