Als ein Begründer der modernen Kinderheilkunde hat sich Otto Heubner einen Platz in der Geschichte der Medizin erworben. Als erster Vertreter seines Faches erhielt er 1894 an der Berliner Universität einen Lehrstuhl für Pädiatrie. Gleichzeitig übernahm er die Leitung der Kinderklinik der Charité.
Während seiner Zeit an der Poliklinik in Leipzig war Heubner zum Fachmann für Kinderheilkunde geworden. Er hatte die Armenviertel besucht und – ständig konfrontiert mit den Krankheiten von Kindern und Säuglingen – mit der Aufzeichnung ihrer Krankengeschichten begonnen. Sein besonderes Interesse galt den Infektionskrankheiten des Kindesalters, wie Keuchhusten, Diphtherie und Scharlach, aber auch den Magen-Darm-Erkrankungen, die zu den häufigsten Ursachen der Säuglingssterblichkeit zählten.
Dass Heubner bald nach seinen ersten Veröffentlichungen 1887 Honorarprofessor wurde und sofort den Auftrag erhielt, in Leipzig ein Kinderkrankenhaus aufzubauen, spiegelt die damalige Situation der Kinderheilkunde: Erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts entwickelte sie sich in Deutschland zu einem eigenständigen Spezialgebiet der Medizin. Wegen der hohen Säuglingssterblichkeit wurde ihr Ausbau zu diesem Zeitpunkt auch vom Staat forciert.
Zu Heubners Amtsantritt an der Berlin Universität war die Kinderklinik noch in der »Alten Charité« untergebracht. Sie befand sich in einem Zustand, dass Heubner, wie er sagte, »das Herz vor die Füße fiel«: Enge, dunkle Krankenzimmer, ein unzumutbarer Hörsaal, Pflegepersonal ohne Kenntnisse über moderne Krankenhaushygiene und Säuglingspflege. Durch Schulung des Personals sorgte Heubner für moderne Standards. Er förderte die Einführung des von Behring entwickelten Heilserums gegen Diphtherie, indem er es an seiner Klinik erproben ließ.
Mit dem Physiologen und Hygieniker Rubner entwickelte Heubner ein Verfahren zur Bestimmung des »normalen« Nahrungsbedarfs von Säuglingen in den verschiedenen Altersstufen. Der Pädiater setzte den Neubau der Kinderklinik durch und war maßgeblich an der Planung der Klinik beteiligt, die 1903 feierlich eröffnet wurde. Mit der Einrichtung eines Säuglingsasyls machte er auf wesentliche soziale Missstände aufmerksam.