Bệnh viện được thành lập tháng 7-1951 với tên gọi Bệnh viện Liên khu Việt Bắc, trực thuộc Ủy ban Kháng chiến hành chính liên khu Việt Bắc, có nhiệm vụ y tế dân công và phòng bệnh phục vụ kháng chiến cứu quốc, chỉ đạo công tác phòng bệnh và y tế dân công cho 19 Ty Y tế thuộc Liên khu Việt Bắc.
Bệnh viện vinh dự và tự hào được đón Bác Hồ kính yêu về thăm vào ngày 13-3-1960. Khắc ghi lời Bác dạy, lớp lớp các thế hệ y, bác sĩ của Bệnh viện luôn cố gắng khắc phục mọi khó khăn, vươn lên làm chủ khoa học kỹ thuật, định hướng xây dựng Bệnh viện phát triển không ngừng lớn mạnh, ứng dụng nhiều tiến bộ kỹ thuật của nền y học tiên tiến, hiện đại gắn với y học dân tộc và bản địa.
Từ quy mô 800 giường bệnh năm 2010, đến nay, Bệnh viện Trung ương Thái Nguyên đã tăng gấp đôi lên 1.600 giường bệnh. Bệnh viện đã trở thành địa chỉ đỏ trong khám, chữa bệnh của người dân trong tỉnh và các khu vực lân cận, kết quả điều trị nội trú, ngoại trú hằng năm tăng trung bình từ 105 - 120%, quy mô khám bệnh ngoại trú tăng từ 150 - 200%, số ca phẫu thuật và phẫu thuật đặc biệt đều tăng theo tỷ lệ khám bệnh.
Quy mô của Bệnh viện phát triển không ngừng với 55 đơn vị khoa, phòng, trung tâm, gần 1.400 cán bộ, công nhân viên được đào tạo theo chuyên ngành chuyên sâu. Bệnh viện có gần 500 bác sĩ, trong đó trên 70% có học hàm, học vị là Phó giáo sư, Tiến sĩ, Bác sĩ chuyên khoa II, Thạc sĩ, Bác sĩ chuyên khoa I. Trên 60% điều dưỡng, kỹ thuật viên, hộ sinh viên có trình độ đạt từ cao đẳng trở lên. Bệnh viện đã hoàn toàn làm chủ kỹ thuật ghép thận từ người cho sống với tỷ lệ ghép thành công 100%, mổ tim kín, tim hở, phẫu thuật khâu nối mạch máu; cắt u phổi, u trung thất; ứng dụng cánh tay robot trong phẫu thuật cột sống; phẫu thuật u não, u tủy sống, phẫu thuật khớp háng, khớp gối… bằng nhiều phương pháp tiên tiến hiện đại, ít xâm lấn. Ngoài ra, bệnh viện còn thực hiện chẩn đoán sớm trước và sau sinh, chẩn đoán đột biến gen gây các bệnh lý di truyền, xét nghiệm virus SARS-CoV-2...
Tại Quyết định số 677/QĐ-CTN ngày 14/6/2022, Chủ tịch nước Nguyễn Xuân Phúc đã Quyết định tặng thưởng Huân chương Độc lập hạng Nhì cho Bệnh viên Trung ương Thái Nguyên do “Đã có thành tích đặc biệt xuất sắc trong công tác, góp phần vào sự nghiệp xây dựng chủ nghĩa xã hội và bảo vệ tổ quốc”.
