딥러닝 기반 종양 치료 반응 예측 방법이 제공된다. 본 발명의 일 면에 따른 딥러닝 기반 종양 치료 반응 예측 방법은, 종양을 포함하는 의료 영상에서 종양 영상 패치(tumor image patch)와 맥락 영상 패치(context image patch)를 생성하는 단계; 상기 종양 영상 패치를 사전 학습한 제1 딥 뉴럴 네트워크에 입력하고 상기 맥락 영상 패치를 사전 학습한 제2 딥 뉴럴 네트워크에 입력하여, 상기 제1 딥 뉴럴 네트워크를 통해 상기 종양 영상 패치의 제1 특징 값을 생성하고 상기 제2 딥 뉴럴 네트워크를 통해 상기 맥락 영상 패치의 제2 특징 값을 생성하는 단계; 상기 제1 특징 값과 상기 제2 특징 값을 연결(concatenate)하여 통합 특징 값을 생성하는 단계; 및 상기 통합 특징값을 사전 학습한 분류 모델에 입력하여, 상기 분류 모델을 통해 치료 반응 예측 정보를 생성하는 단계;를 포함한다.