ในปี พ.ศ.2492 กรมการแพทย์ได้รับโอนกิจการสุขศาลามาดำเนินการเป็นโรงพยาบาล ในสังกัดกรมการแพทย์ และในปีนี้เองคุณแม่ทับทิม จั่นบุญมี บริจาคเงินสร้างตึกสูติกรรมอีก 1 หลัง ทำพิธีเปิดอย่างเป็นทางการในวันที่ 15 มิถุนายน 2493 ในเวลาต่อมาจำนวนผู้ป่วยที่มารับบริการเพิ่มขึ้น ทำให้อาคารที่มีอยู่ไม่เพียงพอแก่การให้บริการ โดยเนื้อที่ของโรงพยาบาล ซึ่งเดิมเป็นสนามหญ้าหน้าศาลากลางจังหวัดที่ทางจังหวัดยกให้มีเพียง 8 ไร่ ในขณะที่โรงพยาบาลมีความจำเป็นต้องขยายพื้นที่สร้างอาคารผ่าตัด เอกซเรย์ บ้านพัก โรงพยาบาลจึงเสนอเรื่องโดยความเห็นชอบของคณะรัฐมนตรี ลงวันที่ 4 กันยายน 2497 ให้ย้ายศาลากลางจังหวัดไปยังที่ตั้งใหม่ และนำพื้นที่อันเป็นที่ตั้งศาลากลางหลังเก่าให้แก่โรงพยาบาล รวมเป็นเนื้อที่ทั้งหมด 18 ไร่

ในปี พ.ศ.2520 ได้รับที่ราชพัสดุอีก จำนวน 3 ไร่ 1 งาน 77 ตารางวา ซึ่งเป็นพื้นที่ของเรือนจำจังหวัดสมุทรสงคราม และย้ายไปตั้งใหม่ ณ ตำบลลาดใหญ่ เพื่อสร้างเป็นบ้านพักแพทย์ และหอพักพยาบาล เมื่อรวมเนื้อที่ทั้งหมดของโรงพยาบาลทั้งส่วนรักษาพยาบาล และบ้านพักเป็น 21 ไร่ 1 งาน 77 ตารางวา ทำให้โรงพยาบาลมีเนื้อที่เพิ่มขึ้น ซึ่งต่อมาในปี 2524 ดำเนินการก่อสร้างอาคารสูง 5 ชั้น (อาคารรวม ใจเอื้อ) เปิดให้บริการในแผนกต่าง ๆ อาทิเช่น ห้องตรวจทางปฏิบัติการ, แผนก x-ray, ห้องผ่าตัด, หอผู้ป่วยหนักศัลยกรรม หอผู้ป่วยศัลยกรรมชาย หอผู้ป่วยกุมารเวช และหอผู้ป่วยพิเศษ

ปี พ.ศ.2539 โรงพยาบาลได้ดำเนินการก่อสร้างอาคารสูง 6 ชั้น ใช้เป็นสถานที่ให้บริการแผนกอุบัติเหตุฉุกเฉิน หอผู้ป่วยหนักอายุกรรม หอผู้ป่วยพิเศษ หอผู้ป่วยศัลยกรรมกระดูก กายภาพบำบัด ทันตกรรมและแผนกผู้ป่วยนอก ทำให้โรงพยาบาลมีขีดความสามารถที่จะรับผู้ป่วยเพิ่มขึ้นจากเดิม จาก 260 เตียง เป็น 360 เตียง ดำเนินการก่อสร้างแล้วเสร็จ เมื่อวันที่ 28 พฤษภาคม 2541 เป็นอาคารในโครงการเฉลิมพระเกียรติ เนื่องในวโรกาสที่พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ทรงครองราชย์ครบ 50 ปี จึงตั้งชื่ออาคารนี้ว่า "อาคารกาญจนาภิเษก" โดยสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิดอาคารกาญจนาภิเษก เมื่อวันที่ 31 มกราคม 2541

ปี พ.ศ.2540 โรงพยาบาลได้ก่อสร้างอาคารสูง 4 ชั้น แทนอาคารขุนและนางนิกร นรารักษ์ ซึ่งเป็นอาคาร 2 ชั้น ทั้งนี้เพื่อขยายอาคารบริการทางด้านสูติ-นรีเวชกรรม โดยภายในอาคารประกอบด้วยแผนกบริการต่าง ๆ ดังนี้ แผนกตรวจครรภ์ นรีเวช แผนกห้องคลอด-รอคลอด และแผนกหลังคลอด-นรีเวชกรรม ซึ่งเปิดดำเนินการ เมื่อ ปี พ.ศ.2542 โดยใช้ชื่อว่า "อาคาร 50 ปี"

ปี พ.ศ.2545 โรงพยาบาลประสบปัญหาอาคารอำนวยการ ซึ่งสูง 2 ชั้น เปิดใช้บริการตั้งแต่ปี 2509 เกิดการทรุดตัว ทำให้รอยต่อของอาคารอำนวยการกับอาคารอุบัติเหตุ เกิดการแตกร้าวหลายจุด จึงต้องรื้อถอนอาคารออก และขออนุญาตก่อสร้างอาคาร 7 ชั้น ขึ้นทดแทนอาคารหลังเดิม โดยสร้างแล้วเสร็จ เมื่อต้นปี 2553 และเปิดดำเนินการ เมื่อวันที่ 12 สิงหาคม 2553 โดยขอพระราชทานนามอาคารว่า "อาคารอิศรสุนทร" ซึ่งเป็นพระนามเดิมของพระบาทสมเด็จพระพุทธเลิศหล้านภาลัย (รัชกาลที่ 2) ในช่วงแรกเปิดดำเนินการ เฉพาะชั้นล่าง ประกอบด้วย แผนกอุบัติเหตุฉุกเฉิน เวชระเบียน ห้องยา ห้องการเงิน ศูนย์ประกัน ห้องตรวจศัลยกรรมทั่วไป ศัลยกรรมกระดูก ชั้นที่ 2 แผนกการเงิน แผนกธุรการ ห้องประชุม สำนักงานผู้อำนวยการ ชั้นที่ 3 กลุ่มพัฒนาระบบบริการสุขภาพ ห้องประชุม ห้องพักแพทย์ และเปิดให้บริการในชั้นที่ 5 รับผู้ป่วยแผนกอายุรกรรมและผู้ป่วยพิเศษ ทำให้สามารถขยายจำนวนเตียงรับผู้ป่วยในโรงพยาบาล จาก 299 เตียง เป็น 311เตียง ซึ่งตามกรอบจำนวนเตียงที่ขออนุญาตไว้คือ 360 เตียง

14 สิงหาคม 2555 เวลา 15.00 น. สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิด "อาคารอิศรสุนทร” โรงพยาบาลสมเด็จพระพุทธเลิศหล้า จังหวัดสมุทรสงคราม โดยมี นายอุทาร พิชญาภรณ์ รองผู้ว่าราชการจังหวัดสมุทรสงคราม น.พ.สุรวิทย์ คนสมบูรณ์ รัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงสาธารณสุข น.พ.โสภณ เมฆธน รองปลัดกระทรวงสาธารณสุข นายแพทย์สาธารณสุขจังหวัดสมุทรสงคราม ผู้อำนวยการโรงพยาบาลสมเด็จพระพุทธเลิศหล้า และข้าราชการเฝ้าฯ รับเสด็จ ทรงพระราชทานของที่ระลึก จำนวน 150 ราย เสด็จไปยังแท่นทรงกดปุ่มไฟฟ้าเปิดแพรคลุมป้ายอาคาร อิศรสุนทร เสด็จปลูกต้นจิกทะเล จำนวน 1 ต้น ทอดพระเนตรนิทรรศกาลประวัติโรงพยาบาล ผลงานพัฒนาคุณภาพและนวัตกรรมการดูแลผู้ป่วยที่ได้รับรางวัล ฉายพระฉายาลักษณ์กับข้าราชการชั้นผู้ใหญ่ ข้าราชการโรงพยาบาลสมเด็จพระพุทธเลิศหล้าและผู้มีอุปการะคุณ และทรงลงพระนามาภิไธยในสมุดที่ระลึก