Санаторий «Молоковский» является старейшим курортным учреждением Забайкальского края: впервые молоковские минеральные воды упомянуты в 1841 году А.А.Мордвиновым в журнале «Русский вестник», указавшим, что источник посещается лишь мимоходом и вода в нем «слабая». В книге К.И. Грума «Полное, систематическое, практическое описание минеральных вод, лечебных грязей и купаний Российской империи» (1855) указывает 2 источника – Читинский и Молоковский: «Читинский не посещается, Молоковский в 12 верстах от Читы открывается только зимой, вода вкусная, не богатая углекислым газом» Отмечено значительное количество железа в источнике и нахождение при источнике бурятской юрты. В эти годы источник находился в общем пользовании без надзора.
В 1887 году участок под названием «Молоковский-минеральный» был передан в аренду врачу Пророкову С.Н., который построил несколько домиков, водопровод, ванны, кухню и организовал курорт. С этого времени вода стала применяться для бальнеологических процедур.
К началу 1901 года курорт разорился. Земельный участок возвращен Титовской казачьей станице, однако казаки курортом и источником не занимались, посчитав это слишком хлопотным делом.
В 1906 г. территория с источником Молоковка арендована купцом Д.Ф. Игнатьевым, которым организовано лечебное и дачное место, в том числе ванное отделение, в которое вода от источника поступала по деревянному желобу. Имелось 25 квартир, для развлечения посетителей были качели, лодки. В долине ручья (приток р. Молоковка) был создан искусственный водоем.
Первый анализ минеральной воды произведен в 1910 г. Багашевым, который обнаружил ее высокую радиоактивность.
С историей молоковских вод связано имя купца П.М. Митрофанова, который за рекой Ингодой владел заводом искусственных вод, работавшим на основе минерального источника Молоковка. В 1914 г. В устье реки Молоковка был организован хутор «Отрада», где он выращивал саженцы древесных пород, арбузы, дыни. Летом здесь работал лагерь отдыха для учащихся приходских училищ, работники краеведческого музея вели занятия кружка любителей природы. В 1923 г.П.М. Митрофанов, бывший в глазах новой власти представителелем мелкой буржуазии, был расстрелян как контрреволюционер.
После установления Советской власти в Забайкалье в 1921 году «Молоковка» передается Министерству здравоохранения ДВР и используется как дом отдыха. В это время на курорте было до 30 домиков, где размещалось около 100 человек. Курорт функционировал только летом.
В 1927 году курорт передан военному ведомству. С 1941 года курорт используется как восстановительное отделение 321 окружного военного госпиталя, где долечивались бойцы Красной Армии.
В соответствии с Приказом Министра обороны Российской Федерации от 29 декабря 2014 года № 983 с 15 мая 2015 года филиал «Санаторий«Молоковский» включен в состав Федерального государственного казенного учреждения «Санаторно-курортный комплекс «Дальневосточный» Министерства обороны Российской Федерации.