Bydd y gwaith yn dechrau'n fuan ar ganolfan gofal brys newydd yn Ysbyty'r Tywysog Charles ym Merthyr Tudful.
Cyhoeddodd Gweinidog Iechyd Cymru, Edwina Hart, y buddsoddiad ddydd Iau.
Bydd y ganolfan yn cyflymu triniaeth i gleifion, ac yn gwella'r amodau gofal brys i gleifion a staff.
Nod y ganolfan newydd yw darparu gwasanaethau llawdriniaeth ac asesiad, ac fe fydd yn cynnwys sganiwr MRI.
Bydd darpariaeth brys i gleifion y galon, ac adnoddau i feddygon teulu y tu allan i oriau arferol.
Mae'r datblygiad yn werth £21.93 miliwn, ac mae hynny'n cynnwys £15.43 miliwn o gyllideb iechyd Llywodraeth Y Cynulliad, a £6.5 miliwn o gyllideb Llywodraeth San Steffan.
Lleihau amseroedd aros
"Bydd y ganolfan Gofal Brys newydd yn rhoi mwy o le i staff a chleifion, yn gwella gwasanaethau i gleifion, ac yn golygu gostwng amseroedd aros a gwella preifatrwydd ac urddas cleifion," meddai Ms Hart.
"Mae hwn yn cwbwlhau buddsoddiad diweddar yn yr ysbyty.
"Bydd cleifion yn gweld gwelliant sylweddol wrth gael triniaeth yn gynt ac mewn safon y gofal."
Bydd £2.1 miliwn hefyd yn cael ei fuddsoddi yn uned gofal parhaus Ysbyty Bryn Y Neuadd yn Llanfairfechan yng Ngwynedd.
Bydd yr uned yn cefnogi gofal wyth o bobl gydag anawsterau dysgu sydd ag anghenion dyrys a chymleth lle nad yw hi'n bosib iddyn nhw fyw adre.
Mae disgwyl i'r gwaith ar y ddau ddatblygiad ddechrau yn fuan.
CYSYLLTIADAU RHYNGRWYD:
Llywodraeth Y Cynulliad
Ymddiriedolaeth GIG Cwm Taf
Ymddiriedolaeth GIG Gogledd Orllewin Cymru
Dyw'r BBC ddim yn gyfrifol am gynnwys safleoedd rhyngrwyd allanol