En Royal College of Surgeons (RCS) rapport sade att situationen var "farlig" och att barn också lider på grund av operationer förseningar.
Cynon Valley MP Ann Clwyd hävdade att det var den walesiska motsvarigheten till Stafford Hospital skandal.
Sjukhuscheferna motbevisade jämförelsen och sade att man höll på att ta itu med problemen.
Adam Cairns, chef för Cardiff och Vale University Health Board (CVUHB), berättade idag för BBC Wales att 12 patienter hade dött under en 15-månadersperiod medan de stod på väntelistan.
Han sade att han inte kunde vara säker på om någon av dessa dödsfall kunde undvikas, men att förkorta tiden som människor väntade minskade risken.
RCS:s rapport om UHW - det största sjukhuset i Wales - följde på ett besök av dess kirurgiska avdelningar av College's Professional Affairs Board for Wales (PAB) i april.
I rapporten sades det att det fanns "universal konsensus" bland klinikerna att tjänsterna på sjukhuset var "farliga" och av "dålig kvalitet".
"Brådskande uppmärksamhet" av Cardiff och Vale University Health Board (CVUHB) behövdes för att ta itu med frågorna, sade den.
En handlingsplan har överenskommits med hälsostyrelsen och kommer att ses över i höst.
Clwyd, som granskar klagomål från sjukhuspatienter i England, sade till BBC Radio Wales att en offentlig undersökning av sjukhuset bör ledas av någon från länder utanför Wales.
Hon pekade på att UHW hade den högsta dödligheten på alla sjukhus i Wales och tillade att UHW stod för den "stora majoriteten" av klagomål hon hade fått från Wales.
"Jag tycker att det är mycket allvarligt - jag tror att det är motsvarigheten till Wales Mid Staffs," Ms Clwyd sade.
"Det var dödligheten i Mid Staffs som först väckte oro [där] och på grund av att det var en undersökning."
Francis undersökning av misslyckanden vid Mid Staffordshire NHS Foundation Trust mellan 2005 och 2008 visade att det var mellan 400 och 1 200 fler dödsfall på Stafford Hospital än vad som hade förväntats.
Rapporten argumenterade för "grundläggande förändring" i kulturen av NHS för att se till att patienterna sattes först.
Det föranledde en separat granskning av 14 NHS sjukhus i England med hög dödlighet.
Clwyd tillade: " Detta är en chockerande serie händelser och rapporten från Royal College of Surgeons, som som ni vet är ganska konservativa i sin inställning till saker och ting, har gjort denna allvarliga kritik mot University Hospital of Wales.
"Och jag tycker att både ordföranden och den verkställande direktören bör överväga sina egna positioner.
"De är ansvariga för att driva sjukhuset, de har frågor att svara på. Och enligt min mening har de inte svarat dem, och det enda sättet att detta kommer att ske är genom en ordentlig undersökning som Francis undersökning av Mid Staffs."
Cardiff och Vale Health Board sa att reviderade siffror för antalet dödsfall på sjukhuset var betydligt bättre än de som ursprungligen rapporterades i mars och tillade att det behövdes "för att göra ytterligare förbättringar inklusive riktade revisioner av kliniska specialiteter där vi har problem och fortsatt förbättring av vår datakvalitet och kodning verksamhet".
I RCS-rapporten sades följande farhågor:
Det vanligaste enskilda klagomålet från sjukhusets kirurger var oförmågan att ta emot patienter för planerad eller elektiv kirurgi.
De rapporterade att mer än 2.000 operationer antingen inte var planerade på grund av brist på sängar eller inställda under årets tre första månader.
"Jag tror att våra kollegor berättade för oss att de ansåg att det fanns en betydande risk som en följd av deras oförmåga att få in patienter för att få sin verksamhet i tid", säger Colin Ferguson, chef för PAB.
– Orsakerna till detta är uppenbarligen komplexa och relaterar till hela vårdsystemet på sjukhuset. De avser akutmedicin, de avser antagningar som kommer genom A&E-avdelningen.
"De var väldigt frustrerade. Som grupp uttryckte de mycket tydligt för oss att de ansåg att den nuvarande situationen var ohållbar och att något måste göras åt det."
I rapporten sade läkarna också trodde att hälsostyrelsen minskade sin planerade kirurgi för att minska kostnaderna "för att uppfylla slutet av året finansiella mål".
En ökning av väntelistorna innebar enligt rapporten att patienterna "tydligen kom till skada".
Cairns sade att trycket under den senaste vintern var utan motstycke under hans 30-åriga erfarenhet, men att han accepterade situationen tidigare under året var oroande.
"Jag har redan bett våra patienter om ursäkt", sa han.
"Det är inte en position som vi kan vara stolta över - vi behöver göra bättre.
"Det är rimligt att säga att denna organisation kämpade, liksom många andra, för att klara av påtryckningarna", tillade han.
"De omständigheter som vi befann oss i, tycker jag, är oacceptabla, och vi måste se till att vi i framtiden har ett mycket bättre svar."
Cairns sade att åtgärder hade vidtagits för att skydda operationsbäddar för barntjänster och för att hitta mer resurser för hjärtbehandling.
"En del av de saker som vi redan gör visar vissa förbättringar", insisterade den verkställande direktören.
"Slutsatsen här är att vi kan, och vi kommer, göra bättre."
Senare gjorde Cairns ett uttalande där han sade: "Vi är oerhört besvikna över att Clwyd har valt att likna RCS-rapporten vid det som hände på Mid Staffordshire Hospital och skulle kraftfullt vederlägga hennes jämförelse."
Han sade att hälsostyrelsen hade "en öppen och samarbetsinriktad kultur" och vidtog åtgärder för att snabbt rätta till problem.
Patienternas vakthund Cardiff och Vale Community Health Council avfärdade också jämförelsen mellan Mid Staffordshire och sade att den "har stor oro för hur denna analogi kommer att påverka patienternas förtroende, som antingen genomgår eller väntar på behandling i Cardiff".
RCS har också tagit steget att skicka sin rapport till Mark Drakeford, hälsominister i den labourdrivna walesiska regeringen, som ledde till ett möte i juni.
"Hälsoministern var mycket bekymrad över att läsa Royal College of Surgeons rapport och riskerna för kvalitet och säkerhet det belyste", sade en walesisk regering talesperson.
Det ledde till att en handlingsplan utarbetades av hälsostyrelsen, NHS Wales och Welsh Health Specialised Services.
RCS sade att det nu kommer att göra ett återbesök till sjukhuset och hälsostyrelsen i september för att se över situationen.
En parlamentsledamot har efterlyst en undersökning efter det att kirurger sade att patienterna hade dött i väntan på hjärtkirurgi vid University Hospital of Wales (UHW) i Cardiff.