Nel 1810 i principi Baciocchi inaugurarono a Piombino un nuovo ospedale, in sostituzione del vecchio Ospizio del Convento di San Giovanni di Dio (esistente dal 1576) giudicato non più idoneo. Il nuovo ospedale rispondeva ai più moderni canoni stabiliti in materia dal Consiglio Generale degli Ospizi di Parigi. Nel 1805, infatti, l'architetto Clavereau aveva stabilito che «bisogna, di preferenza, costruire un ospedale sul declivio di un colle, in cui si trovino abbondanti sorgenti di acqua buona». La sede prescelta fu l'ex-convento di Santa Anastasia, davanti al mare e pertanto esposto a ventilazione ed abbondante luce, fattori ritenuti determinanti per la cura di molte malattie. Inoltre, l'edificio era situato in prossimità delle medievali fonti pubbliche, dette Fonti di Marina (ancora oggi visibili), per garantire l'approvvigionamento idrico. Tuttavia, nel 1853, fu necessario impiantare una pompa aspirante per convogliare l'acqua dalle storiche fonti piombinesi.

Quando nel 1815 il Principato di Piombino passò al Granducato di Toscana, l'ospedale divenne un importante presidio sanitario di questa zona della Maremma dove erano presenti, oltre alla diffusissima malaria, affezioni polmonari e cutanee, epidemie di tifo, vaiolo e colera. Nel 1811 fu progettata una "Casa Sanitaria" sul porto per garantire la popolazione "dai funesti effetti di malattie contagiose", come le terribili epidemie di tifo petecchiale (1815-1817) e di colera (1854-1855). Tra le varie misure profilattiche adottate, ricordiamo il primo esempio europeo di vaccinazione antivaiolosa obbligatoria, grazie ad un decreto del 1806 emanato da Elisa Bonaparte Baciocchi.

Oggi il complesso, in corso di ristrutturazione, destinato ad alloggi e servizi, è l'unica traccia che rimane dell'Ospedale Vecchio di Piombino.