В 1938 году на молодом развивающемся курорте Ессентуки был организован первый санаторий Министерства социальной защиты. Располагался он по улице Кисловодской. Санаторий был неоднократно переименован и в 1957 году получил название «№ 15». В том же году Пятигорским территориальным управлением курортов подписывается приказ № 132 от 10 августа 1957 г. о разрешении строительства преемника санатория «№ 15» — санатория для персональных пенсионеров (пенсионеров, имевших особые заслуги перед Родиной: Герои Социалистического труда, кавалеры ордена Ленина, ордена Трудовой Славы). Санаторию было присвоено имя профессора «отца русской физиологии» И. М. Сеченова.
В ноябре 1961 года санаторий имени Сеченова распахнул свои двери для первых отдыхающих, в числе которых были инвалиды и ветераны Великой Отечественной войны. В то время это был один из лучших санаториев Ессентуков, коечная мощность которого составляла 261 место. В санатории все номера были двухместными с частичными удобствами (в номере была только раковина с горячей и холодной водой, а туалет и душ — общие на этаже), собственный благоустроенный парк площадью 5,7 гектаров. В 1961 году главным врачом была назначена Шукевич Лидия Ивановна, которая стояла у истоков становления молодой здравницы. Сотрудники санатория во главе с главным врачом с энтузиазмом принялись обустраивать новую здравницу. В 1963 году к спальному корпусу санатория была сделана пристройка, в которой разместились киноконцертный зал и столовая санатория.
В 1972 г. санаторий возглавил Битаев Кимлен Иванович. В 1978 году был построен 4-этажный лечебно-диагностический корпус, и все процедуры стали отпускаться в отдельном здании, а для удобства отдыхающих здания были соединены отапливаемым переходом. Также количество койко-мест было уменьшено до 255, за счёт этого в санатории появились 6 номеров категории «Люкс». С большими сложностями санаторий столкнулся в тяжёлые 90-е. Но, несмотря на низкий интерес больных к курортам в целом, отсутствие «бюджетных» пациентов и соответствующего финансирования, санаторий ни на день не прекратил своей работы, хотя состояние санатория, мягко говоря, оставляло желать лучшего.
В 2001 году во главе санатория становится Архангельский Владимир Алексеевич. На тот момент санаторий находился в состоянии полного упадка. В санатории практически не было номеров с удобствами, вся лечебная база устарела как морально, так и физически, материальная база пришла в запустение и была практически полностью разрушена. Никто не верил, что санаторий вновь сможет принимать отдыхающих на достойном уровне, что не будет закрыт в ближайшие годы.
Но начатая Владимиром Алексеевичем реконструкция санатория практически сразу стала приносить свои плоды. Количество отдыхающих стало увеличиваться с каждым годом. Хотя коечная мощность и была уменьшена в 2006 году количественно (с 255 до 230 мест), зато качество отдыха улучшилось многократно (все номера в санатории имеют удобства). Проведена модернизация лечебно-диагностического корпуса санатория — отремонтированы кабинеты, заменено оборудование.
На сегодняшний день санаторий имени И. М. Сеченова занимает достойное место среди лучших здравниц Кавказских минеральных Вод.
