Sau năm 1975 khoa Hóa Sinh được tách ra từ một khoa xét nghiệm chung gồm Hóa Sinh, Vi Sinh và Huyết Học do Dược sĩ Nguyễn Hứa Phục làm Trưởng khoa. BSCKII. Nguyễn Ngọc Luyện làm Trưởng khoa Hóa Sinh đầu tiên sau ngày miền Nam giải phóng. Đội ngũ cán bộ chỉ gồm 2 Bác sĩ, 1 Dược sĩ và 7 Kỹ thuật viên trung học.

Năm 2006, khoa Hóa Sinh được chuyển lên tầng 3 của khu nhà Kỹ thuật cao - công trình do Chính phủ Nhật Bản tài trợ. Năm 2014, Khoa Hóa Sinh cùng Khoa Huyết học xét nghiệm vận hành Khoa xét nghiệm Hóa Sinh – Huyết học tại Trung tâm Điều trị Theo Yêu cầu và Quốc tế với quy mô 300 giường bệnh.Năm 2016, Bệnh viện Trung ương Huế tiếp nhận cơ sở 2 từ Bệnh viện Đa khoa tỉnh Thừa Thiên Huế và chính thức thành lập Bệnh viện Trung ương Huế Cơ sở 2 với quy mô 500 giường bệnh. Tiến sĩ, Bác sĩ Tôn Thất Ngọc được điều động tiếp quản khoa Huyết học Truyền máu – Hóa Sinh – Vi sinh tại cơ sở này.

Năm 2021, thực hiện sự điều động của Bộ Y tế và Giám đốc Bệnh viện, khoa Hóa Sinh cùng đội ngũ cán bộ Bệnh viện Trung ương Huế đã tham gia thiết lập phòng xét nghiệm tại Trung tâm Hồi sức tích cực người bệnh COVID-19, đặt tại Bệnh viện dã chiến số 14, quận Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh. Năm 2022, khoa Hóa Sinh vinh dự cùng với khoa Huyết học và khoa Vi sinh đạt chứng chỉ ISO 15189:2012 về hệ thống quản lý chất lượng xét nghiệm, do Văn phòng Công nhận Chất lượng (BoA) cấp.

Năm 2024, Bệnh viện đưa vào vận hành hệ thống xét nghiệm Automation Cobas 8100 và Cobas Pro của Roche, và hệ thống xét nghiệm Automation Power Express. Bên cạnh đó, Ban Giám đốc còn đầu tư hệ thống vận chuyển mẫu tự động với 21 trạm kết nối, cho phép vận chuyển nhanh chóng các mẫu bệnh phẩm từ các khoa lâm sàng đến các khoa xét nghiệm như Hóa Sinh, Huyết học và Vi sinh. Năm 2025 Khoa được Ban Giám đốc cho trang bị máy Sinh hóa Miễn dịch tự động Alinity-Abbott và Atellica-Siemens.