สำนักงานสาธารณสุขจังหวัดอุทัยธานี เดิมเป็นส่วนราชการส่วนภูมิภาคในสังกัดกรมอนามัย เรียกว่าที่ทำการอนามัยจังหวัดอุทัยธานี มีที่ทำการอยู่ในอาคารศาลากลางจังหวัดอุทัยธานี จนถึงปี พ.ศ. 2517 กระทรวงสาธารณสุขปรับปรุงส่วนราชการใหม่ เปลี่ยนชื่อจากที่ทำการอนามัยจังหวัดอุทัยธานี เป็นสำนักงานนายแพทย์ใหญ่จังหวัดอุทัยธานี เป็นส่วนราชการส่วนภูมิภาคในสังกัดกรมการแพทย์และอนามัย และในปี พ.ศ. 2518 กระทรวงสาธารณสุขปรับปรุงแบ่งส่วนราชการใหม่ เปลี่ยนชื่อจากสำนักงานนายแพทย์ใหญ่จังหวัดอุทัยธานี เป็นสำนักงานสาธารณสุขจังหวัดอุทัยธานี เป็นส่วนราชการส่วนภูมิภาค ในสังกัดสำนักงานปลัดกระทรวงสาธารณสุข

                 ต่อมา ในปีงบประมาณ 2519 ได้รับงบประมาณจากสำนักงานปลัดกระทรวงสาธารณสุข เป็นเงิน 1,500,000 บาท ให้ก่อสร้างตัวอาคารสำนักงานสาธารณสุขจังหวัดอุทัยธานีเป็นเอกเทศ และได้ย้ายสำนักงานสาธารณสุขจังหวัดอุทัยธานีไปอยู่ในอาคารสำนักงานสาธารณสุขจังหวัดอุทัยธานีเป็นเอกเทศ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2520 โดยได้มีพิธีเปิดป้ายอาคารเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2520

                 ต่อมา ในปีงบประมาณ 2538 ได้รับงบประมาณจากสำนักงานปลัดกระทรวงสาธารณสุข เป็นเงิน 13,478,190 บาท ให้ก่อสร้างตัวอาคารสำนักงานสาธารณสุขจังหวัดอุทัยธานีแห่งใหม่ ที่ หมู่ 3 ถนนอุทัย-หนองฉาง ตำบลน้ำซึม อำเภอเมือง และได้ย้ายสำนักงานสาธารณสุขจังหวัดอุทัยธานีไปอยู่ที่แห่งใหม่ตั้งแต่ปี 2539 มาจนถึงปัจจุบัน

                 สำนักงานสาธารณสุขจังหวัดอุทัยธานีได้ดำเนินงานในการกำกับ ดูแล หน่วยงานราชการในสังกัดประกอบด้วย โรงพยาบาลอุทัยธานี โรงพยาบาลชุมชน 8 แห่ง สำนักงานสาธารณสุขอำเภอ 8 แห่ง และโรงพยาบาลส่งเสริมสุขภาพ 88 แห่ง สถานีอนามัยเฉลิมพระเกียรติฯ ตำบลประดู่ยืน 1 แห่ง หน่วยบริการสุขภาพทัพยายปอน 1 แห่ง