Năm 2004, ông bảo vệ thành công luận án tiến sĩ y học sinh học phân tử tại Đại học Eberhard Karls, Tuebingen (Đức). 9 năm sau đó, ông được phong học hàm phó giáo sư.
Ông từng giữ các chức vụ Chủ nhiệm khoa Sinh học phân tử, Viện trưởng Viện Lâm sàng các bệnh Truyền nhiễm (Bệnh viện Trung ương Quân đội 108); Chủ nhiệm Bộ môn Truyền nhiễm và các bệnh nhiệt đới (Viện nghiên cứu khoa học y dược lâm sàng 108). Tháng 10-2014, Bộ Quốc phòng đã bổ nhiệm ông Lê Hữu Song giữ chức vụ Phó Giám đốc bệnh viện.
Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 là cơ sở y tế hạng đặc biệt duy nhất trên cả nước không trực thuộc Bộ Y tế. Ngoài ra, 5 cơ sở y tế hạng đặc biệt còn lại gồm: Bạch Mai, Việt Đức, Trung ương Thái Nguyên, Trung ương Huế và Chợ Rẫy, đều thuộc Bộ Y tế.
Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 là bệnh viện đa khoa, chuyên khoa sâu tuyến cuối của quân đội được đầu tư xây dựng mới cụm công trình trung tâm, nơi được xem là tòa nhà khám chữa bệnh thông minh và hiện đại nhất Việt Nam.
Hiện nay, bệnh viện có hàng ngàn cán bộ, nhân viên. Mỗi ngày, cơ sở y tế này tiếp nhận hơn 5.000 lượt khám bệnh, hơn 1.600 người bệnh nội trú.
Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 cũng là một trong những trung tâm hàng đầu về nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật cao, đã thực hiện thành công nhiều kỹ thuật ghép mô, tạng; đặc biệt đang dự kiến ca thử nghiệm ghép tử cung đầu tiên ở Việt Nam trong vài năm tới.