Kênh VTV6 lần đầu tiên được nhắc đến trong quy hoạch phát triển Đài truyền hình Việt Nam giai đoạn 2006 - 2010 với định hướng là kênh thể thao (nội dung thanh thiếu niên được quy hoạch cho VTV7) nhằm thay thế cho VTV3 trong bối cảnh VTV3 bắt đầu mua bản quyền phát sóng các gameshow từ nước ngoài và dành khung giờ vàng cũng như hầu hết thời lượng các ngày thứ 7 và chủ nhật để phát sóng các chương trình giải trí nhằm thu lợi nhuận về cho Đài.

Với việc Tổng giám đốc Đài Truyền hình Việt Nam ký quyết định thành lập Trung tâm Thanh Thiếu niên trên cơ sở tách Phòng Thanh Thiếu niên khỏi Ban Thể thao - Giải trí - Thông tin kinh tế (nay là Ban Sản xuất các Chương trình Giải trí - VTV3), đây cũng là lúc những người làm trong đài cùng với những người trẻ mới được tuyển vào Trung tâm Thanh thiếu niên ấp ủ thành lập một kênh truyền hình làm không gian giao lưu cũng như lắng nghe những tâm tư, nguyện vọng của những người trẻ tuổi. Và bắt đầu từ 20h ngày 29/04/2007, kênh truyền hình dành cho giới trẻ VTV6 đã chính thức ra mắt. Đến năm 2008, Trung tâm Thanh Thiếu niên VTV6 chính thức được đổi tên thành Ban Thanh Thiếu niên VTV6.

Trong thời gian đầu mới ra mắt, diện phủ sóng của kênh còn rất hạn chế. Kênh chỉ được phát sóng trên hệ thống truyền hình cáp Việt Nam, mãi cho đến ngày 07/09/2010 kênh mới chính thức được phát sóng quảng bá toàn quốc. Đồng thời VTV6 cũng cải thiện chất lượng nội dung và nâng thời lượng phát sóng từ 12/7 (12h00 - 24h00 hằng ngày) lên 18/7 (06h00 - 24h00 hằng ngày) từ ngày 01/11/2010.

Ngày 27/12/2010, việc Ban Thanh thiếu niên VTV6 thực hiện THTT Đại hội Thi đua yêu nước lần thứ VIII trên VTV1 đánh dấu Ban Thanh thiếu niên trở thành một trong những đơn vị sản xuất các chương trình sự kiện chính trị, lịch sử quan trọng của đất nước trên các kênh sóng của Đài Truyền hình Việt Nam.

Từ ngày 01/01/2013, kênh được nâng thời lượng phát sóng lên 24/7.

Từ ngày 07/09/2013, kênh VTV6 trở thành kênh truyền hình thứ hai của Đài Truyền hình Việt Nam được phát sóng theo tiêu chuẩn HD (sau VTV3), và là kênh đầu tiên của VTV phát sóng chuẩn HD toàn thời gian (từ tháng 1/2015).

Dự kiến vào năm 2020, VTV6 sẽ trở thành kênh đầu tiên của Đài Truyền hình Việt Nam phát sóng chất lượng 4K.

Hiện tại, từ 19/03/2020, kênh VTV6 phát 19/24h 1 ngày (05h00-24h00) do ảnh hưởng của dịch Covid-19.