Về cơ sở hạ tầng, khi tiếp nhận cơ sở mới, sử dụng diện tích 2,7 ha, nằm cạnh đường Quang Trung, thuộc phường Thịnh Đán, thành phố Thái Nguyên. Tổng diện tích xây dựng khi đó là 14.000 m2, gồm 10 khối nhà 2 đến 4 tầng, xây mới đồng bộ cùng hệ thống cung ứng điện, nước, hệ thống xử lý chất thải lỏng đảm bảo.  Do lượng bệnh nhân đông, chất lượng xây dựng thấp nên các công trình sử dụng một thời gian đã xuống cấp nghiêm trọng. Bệnh viện đã phải thường xuyên sửa chữa, cải tạo mái, nền, cửa, các công trình vệ sinh để đảm bảo phục vụ bệnh nhân. Mặc dù liên tục sửa chữa, cải tạo nhưng do số bệnh nhận đến khám chữa bệnh đông nên diện tích sử dụng không đảm bảo công tác khám chữa bệnh. Mặt khác, Bệnh viện được tỉnh giao nhiệm vụ phát triển mạnh mũi nhọn chuyên sâu sản - nhi nên từ 2010 Bệnh viện được đầu tư xây dựng 2 công trình mới là Công trình mở rộng Bệnh viện A Thái Nguyên theo Quyết định đầu tư số 3062/QĐ-UBND ngày 23 tháng 11 năm 2009 của UBND tỉnh Thái Nguyên và công trình nâng cấp cơ sở hạ tầng Bệnh viện A Thái Nguyên theo Quyết định đầu tư số 2620/QĐ-UBND ngày 15 tháng 10 năm 2009 của UBND tỉnh Thái Nguyên hoàn thành và đưa vào sử dụng trong năm 2015. Đến nay, tổng diện tích xây dựng của toàn Bệnh viện đạt trên 28.000 m2. Hệ thống phòng ốc phục vụ công tác khám chữa bệnh đảm bảo về kết cấu, các công trình phụ khép kín, có điều hòa, hệ thống thang máy phục vụ vận chuyển người bệnh, hệ thống cung ứng điện nước đảm bảo, hệ thống sân đường, vườn hoa cây xanh đảm bảo môi trường xanh sạch đẹp an toàn cho người bệnh. Đặc biệt khoa Khám bệnh được bố trí khép kín, liên hoàn, ứng dụng công nghệ thông tin hiện đại, các kỹ thuật cận lâm sàng cũng được triển khai tại khoa khám bệnh đảm bảo người bệnh đến khám được thuận tiện, nhanh chóng, công bằng, chất lượng. Ngoài ra khoa điều trị chất lượng cao với các dịch vụ kỹ thuật hiện đại, cơ sở hạ tầng tiêu chuẩn khách sạn bệnh viện sẽ đi vào hoạt động trong năm 2016 đảm bảo phục vụ người bệnh với chất lượng cao nhất.