Do những công lao đóng góp và thành tích cống hiến cho sự nghiệp cách mạng, ông đã được nhà nước Việt Nam tặng thưởng: Huân chương Hồ Chí Minh (truy tặng năm 2002), Huân chương Độc lập hạng nhất, 4 Huân chương Quân công (2 hạng nhất, 1 hạng nhì, 1 hạng ba), Huân chương Quân công Giải phóng hạng ba, Huân chương Chiến thắng hạng nhất, Huân chương Chiến công hạng nhất, Huân chương Kháng chiến hạng nhất, 3 Huân chương Chiến sĩ vẻ vang (1 hạng nhất, 1 hạng nhì, 1 hạng ba), 3 Huân chương Chiến sĩ giải phóng (1 hạng nhất, 1 hạng nhì, 1 hạng ba), Huy hiệu 50 năm tuổi Đảng (năm 1995), Huy hiệu Vì nghĩa vụ quốc tế, Kỷ niệm chương Chiến sĩ cách mạng bị địch bắt, tù đày, Huy hiệu Thành đồng Tổ quốc, và nhiều huy chương, kỷ niệm chương, huy hiệu khác.

Ông còn được Ban Lãnh đạo Viện Hermann Gmeiner thuộc tổ chức Làng trẻ em SOS Quốc tế tặng "Kim vàng Danh dự" do đã có những đóng góp đặc biệt cho tổ chức này, và được Ủy ban Cựu chiến binh Liên Xô tặng "Huy hiệu danh dự".

Thể theo đề nghị của Thủ tướng Vương quốc Campuchia Samdec Techo Hun Sen, ngày 22-11-2019, Quốc vương Campuchia Preah Karuna Preah Bat Samdech Preah Boromneath Norodom Sihamoni đã ký Sắc lệnh số SL/11119/1727 truy tặng Thiếu tướng Hoàng Thế Thiện Huân chương cao quý nhất của Vương quốc Campuchia dành cho người nước ngoài là Huân chương Hoàng gia Sahametrei hạng Nhất (cấp Đại Thập Tự) vì đã có đóng góp to lớn trong xây dựng, củng cố và phát triển tình hữu nghị giữa hai dân tộc, đặc biệt là những đóng góp quan trọng của ông trong thời kỳ làm nghĩa vụ quốc tế giúp Cách mạng Campuchia 1978-1982. Đây là lần đầu tiên Vương quốc Campuchia ban hành hình thức truy tặng Huân chương cao quý nhất dành cho người nước ngoài có công lao to lớn đối với đất nước và nhân dân Campuchia[4]..

Tên và tiểu sử của Thiếu tướng Hoàng Thế Thiện đã được đưa vào Từ điển Bách khoa Quân sự Việt Nam (xuất bản năm 1996, tái bản năm 2004).

Hình ảnh, tượng đồng và kỷ vật kháng chiến của Thiếu tướng Hoàng Thế Thiện hiện được lưu giữ, trưng bày tại nhiều bảo tàng trên cả nước Việt Nam: Bảo tàng Lịch sử Quân sự Việt Nam (Hà Nội), Bảo tàng Phòng không - Không quân (Việt Nam) tại (Hà Nội), Bảo tàng Đường Hồ Chí Minh (Hà Nội), Bảo tàng Lực lượng vũ trang miền Đông Nam Bộ (TP. Hồ Chí Minh), Bảo tàng Chiến dịch Hồ Chí Minh (TP. Hồ Chí Minh), Bảo tàng Quân đoàn 4 (Việt Nam) tại Bình Dương, Bảo tàng các lực lượng vũ trang nhân dân đồng bằng sông Cửu Long (Cần Thơ), Bảo tàng Hải Phòng, Khu di tích nhà tù Hỏa Lò (Hà Nội), Khu di tích Nhà tù Sơn La...

Hội đồng nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh đã đưa tên Hoàng Thế Thiện vào Quỹ đặt, đổi tên đường của thành phố (Nghị quyết số 66/2006/NQ-HĐND ngày 12-12-2006 thông qua danh sách bổ sung Quỹ đặt, đổi tên đường của thành phố do Ủy ban nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh trình tại kỳ họp lần thứ 9 khóa VII, gồm 190 tên nhân vật lịch sử và địa danh).

Tên Hoàng Thế Thiện đã được đưa vào Quỹ đặt, đổi tên đường của một số địa phương: thành phố Đà Nẵng, tỉnh Khánh Hòa, thành phố Cần Thơ[5], tỉnh Thừa Thiên - Huế, tỉnh Hà Nam, thành phố Hà Nội, tỉnh Quảng Nam (Nghị quyết số 164/2015/NQ-HĐND ngày 07-07-2015 của Hội đồng nhân dân tỉnh Quảng Nam khóa 8, kỳ họp 14[6]), tỉnh Sơn La (Quyết định số 2552/QĐ-UBND ngày 28-10-2015 của Ủy ban nhân dân tỉnh Sơn La [7]), tỉnh An Giang [8], tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu [9]...

Thành phố Hải Phòng đã đặt tên Hoàng Thế Thiện cho một tuyến phố dài 700m, rộng 7m tại phường Đông Hải 1, quận Hải An (bên cạnh Cục Hải quan thành phố Hải Phòng) theo Nghị quyết số 08/2015/NQ-HĐND ngày 22-07-2015 của Hội đồng nhân dân thành phố Hải Phòng khóa 14, kỳ họp 12[10].

Tỉnh Quảng Nam đã đặt tên Hoàng Thế Thiện cho một con đường dài 300m, rộng 11,5m tại thị trấn Khâm Đức, huyện Phước Sơn theo Nghị quyết số 204/NQ-HĐND ngày 26-04-2016 của Hội đồng nhân dân tỉnh Quảng Nam khóa 8, kỳ họp 16 và theo Quyết định số 1882/QĐ-UBND ngày 31-05-2016 của Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Nam về việc đặt tên một số tuyến đường tại thị trấn Ái Nghĩa, huyện Đại Lộc; thị trấn Khâm Đức, huyện Phước Sơn; thị trấn Đông Phú, huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam.

Tỉnh Hà Nam đã đặt tên Hoàng Thế Thiện cho một tuyến phố dài 750m, rộng 27m nằm trong khu Đô thị Sinh thái Thương mại và Dịch vụ Lam Hạ, phường Lam Hạ, thành phố Phủ Lý theo Nghị quyết số 19/2016/NQ-HĐND ngày 29-07-2016 của Hội đồng nhân dân tỉnh Hà Nam về việc đặt tên đường, phố và công trình công cộng trên địa bàn thành phố Phủ Lý[11] (Nghị quyết này đã được Hội đồng nhân dân tỉnh Hà Nam khoá XVIII kỳ họp thứ hai thông qua ngày 29-07-2016 và có hiệu lực từ ngày 08-08-2016) và theo Quyết định số 31/2016/QĐ-UBND ngày 22-08-2016 của Ủy ban nhân dân tỉnh Hà Nam[12].

Thành phố Đà Nẵng đã đặt tên Hoàng Thế Thiện cho một con đường dài 800m, rộng 7,5m nằm trong khu Đô thị Sinh thái Hòa Xuân, phường Hòa Xuân, quận Cẩm Lệ theo Nghị quyết số 75/2016/NQ-HĐND ngày 08-12-2016 của Hội đồng nhân dân thành phố Đà Nẵng về việc đặt, đổi tên một số đường trên địa bàn thành phố Đà Nẵng năm 2016[13] (Nghị quyết này đã được Hội đồng nhân dân thành phố Đà Nẵng khoá IX kỳ họp thứ ba thông qua ngày 08-12-2016 và có hiệu lực từ ngày 19-12-2016).

Tỉnh Đắk Lắk đã đặt tên Hoàng Thế Thiện cho một con đường dài 800m, rộng 18m tại phường Tân Lợi, thành phố Buôn Ma Thuột theo Nghị quyết số 17/2016/NQ-HĐND ngày 14-12-2016 của Hội đồng nhân dân tỉnh Đắk Lắk khóa IX, kỳ họp thứ ba về việc đặt, đổi tên đường trên địa bàn, đợt 4 [14] (Nghị quyết này đã được Hội đồng nhân dân tỉnh Đắk Lắk khoá IX, kỳ họp thứ ba thông qua ngày 14-12-2016 và có hiệu lực từ ngày 01-01-2017).

Thành phố Hồ Chí Minh đã đặt tên Hoàng Thế Thiện cho một con đường dài khoảng 2.460m, rộng 22,6m tại Khu đô thị mới Thủ Thiêm, Quận 2 theo Quyết định số 6159/QĐ ngày 22-11-2017 của Ủy ban nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh về việc đặt tên đường mới trên địa bàn Quận 2 [15]. Đường Hoàng Thế Thiện tại Khu đô thị mới Thủ Thiêm, một đầu giao với đường Nguyễn Cơ Thạch, một đầu giao với đường số 11, nằm dọc theo Khu đô thị Sala của Công ty cổ phần Đầu tư Địa ốc Đại Quang Minh, nằm song song với đường Mai Chí Thọ.

thành phố Hà Nội đã đặt tên Hoàng Thế Thiện cho một con phố dài 816m, rộng 8-12m tại khu đô thị Sài Đồng, quận Long Biên; từ ngã ba giao cắt phố Chu Huy Mân tại điểm đối diện vườn hoa Phúc Đồng, đến ngã ba giao cắt phố Sài Đồng tại số nhà 85.

Thành phố Cần Thơ đã đặt tên Hoàng Thế Thiện cho một con đường dài 360m, lòng đường 7,5m, lộ giới 15m, 2 làn xe, tại khu dân cư Hưng Phú 1, phường Hưng Phú, quận Cái Răng; có giới hạn từ tuyến đường chính Quang Trung đến đường Hoàng Văn Thái, theo Nghị quyết số 07/2019/NQ-HĐND ngày 12-07-2019 của Hội đồng nhân dân thành phố Cần Thơ khóa IX, kỳ họp thứ mười ba về việc đặt tên đường [16] (Nghị quyết này đã được Hội đồng nhân dân thành phố Cần Thơ khóa IX thông qua ngày 12-07-2019 tại kỳ họp thứ mười ba và có hiệu lực từ ngày 01-08-2019).

Tỉnh Quảng Nam đã đặt tên Hoàng Thế Thiện cho một con đường dài 300m, rộng 15,5m, tại khu dân cư Tây Nam An Hà, phường An Phú, thành phố Tam Kỳ, theo Nghị quyết số 18/NQ-HĐND ngày 03-10-2019 của Hội đồng nhân dân tỉnh Quảng Nam khóa IX, kỳ họp thứ 11 về việc đặt tên, điều chỉnh giới hạn một số tuyến đường tại thành phố Tam Kỳ và thị trấn Tân An, huyện Hiệp Đức, tỉnh Quảng Nam[17].