การผ่าตัดเปลี่ยนทั้งหัวใจและปอดพร้อมกัน ทำสำเร็จครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดสหรัฐอเมริกาในปี ค.ศ. ๑๙๘๑ และในประเทศไทยเมื่อเดือนสิงหาคม พ.ศ. ๒๕๓๒ ซึ่งนับเป็นความสำเร็จครั้งแรกในทวีปเอเชียด้วย การผ่าตัดนี้กระทำในผู้ป่วยโรคหัวใจซึ่งมีความผิดปกติทางปอดอย่างรุนแรงร่วมด้วยหรือโรคของปอดอย่างเดียวที่มีการดำเนินโรครุนแรงมีอาการมากไม่สามารถจะรักษาด้วยยาหรือการผ่าตัดอื่น ๆ เช่น การตัดปอดออกหรือเปลี่ยนหัวใจอย่างเดียว ผู้ป่วยเหล่านี้อยู่ในระยะสุดท้ายของโรคโดยทั่วไปถ้าไม่ได้รับการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจและปอดพร้อมกันผู้ป่วยถึงแม้จะอยู่เฉย ๆ ก็เหนื่อยและมักจะมีชีวิตอยู่ได้ไม่เกิน ๖ เดือนถึง ๑ ปี
โรคที่จำเป็นต้องผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจและปอดพร้อมกัน ได้แก่ โรคหัวใจซึ่งมีแรงดันเลือดในปอดสูงมากร่วมด้วยจะเป็นแต่กำเนิดหรือภายหลังก็ตาม โรคหัวใจพิการแต่กำเนิดซึ่งมีความผิดปกติของระบบเส้นเลือดในปอด เช่น ตีบตันหมด โรคของปอดซึ่งเป็นอย่างรุนแรง ทั้ง ๒ ข้าง เช่น มีถุงลมโป่งพอง ปอดมีพังผืดจับ ปอดซึ่งติดเชื้อเรื้อรังทั้ง ๒ ข้างและมีการทำลายของหลอดลมมีการอุดตันเกิดในหลอดเลือดของปอดซึ่งอาจเกิดโดยลิ่มเลือดในหลอดเลือดของปอดเองหรือจากเหตุอื่นทำให้ความดันเลือดในปอดสูงมาก
ขั้นตอนการผ่าตัดคล้ายกับการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจ คือ ใช้หัวใจและปอดของผู้ที่เสียชีวิตใหม่ ๆ ที่มีหมู่เลือดเดียวกับผู้ป่วยและมีขนาดของหัวใจและปอดใกล้เคียงกับของผู้ป่วย การผ่าตัดต้องใช้เครื่องหัวใจและปอดเทียมช่วย ผลการผ่าตัดสู้การผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจอย่างเดียวไม่ได้เพราะปฏิกิริยาต่อต้านอาจเกิดได้ทั้งที่หัวใจและปอดอาจเกิดพร้อม ๆ กัน หรือแยกกันเกิดต้องมีการใช้ยากดภูมิคุ้มกันที่ดีและมีการติดตามผู้ป่วยอย่างใกล้ชิดผลการติดตามระยะยาวมีอัตรารอดเกิน ๕ ปี ประมาณร้อยละ ๕๐-๖๐