Sau năm 1945, Hóa Thượng là một xã thuộc huyện Đồng Hỷ.

Năm 1958, một phần diện tích và dân số của xã Hóa Thượng được tách ra để thành lập phường Núi Voi và tiểu khu Chiến Thắng trực thuộc thị xã Thái Nguyên.

Ngày 18 tháng 8 năm 2017, thị trấn Chùa Hang, huyện lỵ cũ của huyện Đồng Hỷ được sáp nhập vào thành phố Thái Nguyên. Huyện lỵ dời về xã Hóa Thượng như hiện nay.

Đến năm 2019, xã Hóa Thượng được chia thành 17 xóm: Văn Hữu, Luông, Vải, Sơn Thái, Tướng Quân, Việt Cường, Sông Cầu 2, Sông Cầu 3, Sơn Cầu, Đồng Thái, Đồng Thịnh, An Thái, Tam Thái, Tân Thái, Ấp Thái, Hưng Thái, Gò Cao.

Ngày 11 tháng 12 năm 2019, sáp nhập xóm Sông Cầu 2 vào xóm Tướng Quân, sáp nhập xóm Sông Cầu 3 vào xóm Việt Cường, sáp nhập hai xóm Sơn Cầu và Sơn Thái thành xóm Sơn Quang.[6]