Ngày 1 tháng 7 năm 2001, Công ty Đầu tư và Phát triển Công nghệ truyền hình Việt Nam phát sóng thử nghiệm 8 chương trình truyền hình trong nước và quốc tế trên kênh tần số 26 UHF dựa trên nền tảng truyền hình số mặt đất chuẩn DVB-T, có ý nghĩa quan trọng để Chính phủ làm căn cứ hoạch định Chiến lược phát triển ngành Truyền hình Việt Nam theo công nghệ kỹ thuật số tiên tiến theo Đề án “Số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020”. Người đặt nền móng cho sự phát triển truyền hình số VTC là tiến sĩ Thái Minh Tần, nguyên Chủ tịch Hội đồng quản trị, nguyên Tổng giám đốc Tổng công ty Truyền thông Đa phương tiện VTC.
Ngày 19 tháng 8 năm 2004, nhằm quản lý, kiểm soát nội dung của các chương trình quốc tế, Ban biên tập Truyền hình Kỹ thuật số được thành lập với đội ngũ biên tập chỉ gần 50 người, trực thuộc Công ty Đầu tư và Phát triển Công nghệ truyền hình Việt Nam. Ngày này được xem là ngày thành lập Đài Truyền hình Kỹ thuật số VTC.
Cuối năm 2005, VTC tham gia truyền hình trực tiếp Đại hội thể thao Đông Nam Á 2005 lần thứ 23, đánh dấu việc lần đầu tiên VTC thực hiện sản xuất các chương trình thể thao và dần trở thành thế lực lớn trong làng truyền thông Việt Nam khi VTC liên tục có bản quyền các sự kiện thể thao lớn của Việt Nam và thế giới như Giải vô địch bóng đá thế giới 2006, Giải vô địch bóng đá Đông Nam Á 2007, Cúp bóng đá châu Á 2007 (khi Việt Nam là một trong bốn nước chủ nhà) và đặc biệt độc quyền phát sóng Giải bóng đá Ngoại hạng Anh ba mùa giải liên tiếp từ 2007 đến 2010.
Ngày 4 tháng 1 năm 2006, theo quyết định số 01/2006/QĐ-BBCVT của Bộ Bưu chính - Viễn thông (nay là Bộ Thông tin & Truyền thông), Công ty Đầu tư và Phát triển Công nghệ truyền hình Việt Nam được tổ chức lại thành Tổng công ty Truyền thông Đa phương tiện VTC (tên gọi tắt vẫn là VTC), mở rộng ngành nghề kinh doanh, đồng thời tái tổ chức Ban biên tập Truyền hình Kỹ thuật số thành Đài Truyền hình Kỹ thuật số VTC trên cơ sở sáp nhập Ban biên tập Truyền hình Kỹ thuật số, Trung tâm Truyền hình kỹ thuật số mặt đất và một số đơn vị trực thuộc Công ty. Kể từ đây Đài là đơn vị thành viên trực thuộc Tổng công ty VTC.
Ngày 7 tháng 7 năm 2008, Báo điện tử VTC News chính thức được thành lập, đến nay Báo điện tử VTC News trở thành một trong những tờ báo điện tử có số lượng độc giả theo dõi hàng đầu Việt Nam.
Cuối năm 2008, Đài Truyền hình Kỹ thuật số VTC triển khai dịch vụ truyền hình số độ nét cao, trong đó có việc phát sóng ba kênh thuần Việt và năm kênh nước ngoài theo định dạng truyền hình độ nét cao (HDTV).
Trong năm 2009 và năm 2010, VTC triển khai ba kênh truyền hình đặt hàng của Chính phủ gồm VTC10 - Kênh truyền hình Đối ngoại (Bộ Ngoại giao), VTC14 - Kênh phòng chống và giảm nhẹ tác động của thiên tai, hiểm họa, phục vụ cộng đồng (Bộ Tài nguyên & Môi trường) và VTC16 - Kênh truyền hình Nông nghiệp, Nông thôn, Nông dân (Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn). Cùng với VTC1, các kênh truyền hình này trở thành những kênh truyền hình chủ lực của VTC. Từ năm 2012, bốn kênh VTC1, VTC10, VTC14, VTC16 được Chính phủ chọn là các kênh truyền hình thiết yếu của quốc gia.
Ngày 5 tháng 9 năm 2013, VTC chính thức ra mắt kênh VTC Tube, kênh truyền hình đầu tiên của Việt Nam phát sóng trên mạng xã hội YouTube với nhiều nội dung hấp dẫn.
Nhằm nâng cao vị thế của Đài Truyền hình Kỹ thuật số VTC cũng như giúp Tổng công ty VTC tập trung được nguồn lực và sự chỉ đạo vào ngành nghề kinh doanh chính, từ ngày 1 tháng 1 năm 2014, Đài VTC chính thức tách ra khỏi Tổng công ty VTC, trở thành cơ quan sự nghiệp trực thuộc Bộ Thông tin & Truyền thông theo Nghị định 132/2013/NĐ-CP ngày 16 tháng 10 năm 2013 của Chính phủ.[3][4]
Cuối năm 2014, trong bối cảnh được Văn phòng Quốc hội giao nhiệm vụ triển khai kênh truyền hình chuyên biệt về Quốc hội, Đài Tiếng nói Việt Nam (VOV) đề xuất sáp nhập Đài Truyền hình Kỹ thuật số VTC vào VOV nhằm huy động nguồn lực triển khai kênh truyền hình Quốc hội. Trên cơ sở quy hoạch quản lý và phát triển báo chí toàn quốc đến năm 2025 cũng như định hướng Đài Tiếng nói Việt Nam trở thành cơ quan truyền thông đa phương tiện của Chính phủ, ngày 2 tháng 6 năm 2015, Đài Truyền hình Kỹ thuật số VTC chính thức sáp nhập vào Đài Tiếng nói Việt Nam, đánh dấu bước phát triển mới khi Đài trở thành bộ phận của cơ quan báo chí quốc gia.
Từ ngày 9 tháng 6 năm 2017, Đài truyền hình Kỹ thuật số VTC thử nghiệm phát sóng truyền hình 4K trên sóng DVB-T2 tại thủ đô Hà Nội.
Từ ngày 1 tháng 1 năm 2018, Đài ra mắt bộ nhận diện mới (logo) trên tất cả hoạt động và các kênh sóng của Đài truyền hình Kỹ thuật số VTC.
Ngày 24 tháng 4 năm 2018, VTC chính thức ra mắt Hệ thống phân phối nội dung đa phương tiện VTC Now, hứa hẹn tạo nên sự khác biệt so với các ứng dụng truyền hình OTT khác trên thị trường.
Ngày 4 tháng 2 năm 2019, Đài đã thực hiện buổi phát sóng đặc biệt dài kỷ lục 90 tiếng 7 phút để chào Xuân Kỷ Hợi 2019, với chủ đề “Cùng vui Tết Việt”, từ 6h00 ngày 04/02/2019 đến 0h07 ngày 8 tháng 2 năm 2019 trên các kênh VTC1, VTC2, VTC3, VTC6, VTC8, VTC9 và VTC14, phá kỷ lục trước đó trong việc phát sóng các chương trình Tết của Đài đó là 56 tiếng 7 phút.
Những dấu mốc quan trọng
19/08/2004: Đài Truyền hình Kỹ thuật số VTC được thành lập
19/08/2005: Lên sóng kênh VTC2
27/11-05/12/2005: VTC tham gia tác nghiệp tại Đại hội Thể thao Đông Nam Á 2005. Đây là lần đầu tiên VTC tác nghiệp tại các sự kiện thể thao quốc tế.
Từ 6h00 ngày 31/12/2005 đến 6h00 ngày 01/01/2006: Thực hiện cầu truyền hình "Việt Nam 24h" trên VTC1 & VTC2
Từ 6h00 ngày 28/01/2006 đến 0h00 ngày 31/01/2006: Thực hiện buổi phát sóng đặc biệt chào Xuân Bính Tuất 2006 trên VTC1 & VTC2. Buổi phát sóng chào Xuân thường niên này tiếp tục được thực hiện cho đến năm 2016, phá kỷ lục trước đó của Đài Truyền hình Thành phố Hồ Chí Minh (HTV) vào buổi chiều ngày 31/12/1999 và cả ngày 01/01/2000 là 32 tiếng
01/08/2006: Kênh VTC5 phát sóng thử nghiệm
01/11/2006: Kênh VTC3 phát sóng chính thức
03/01/2007: Lên sóng kênh VTC6
31/03/2007: Lên sóng kênh VTC4
17/07/2007: Kênh VTC5 phát sóng chính thức
28/10/2007: Phát sóng thử nghiệm kênh truyền hình tương tác iTV trên sóng VTC10
01/01/2008: Kênh truyền hình tương tác iTV phát chính thức trên kênh VTC13
01/02/2008: Phát sóng kênh VTC11
Tháng 2/2008: Nội dung trên hai kênh VTC2 & VTC5 được hoán đổi cho nhau, tạo tiền đề để Đài Truyền hình KTS VTC phát triển và hợp tác nội dung với các đối tác truyền thông trên kênh VTC5 sau này
19/07/2008: Kênh VTC7 - TodayTV lên sóng
25/07/2008: VTC phát sóng kênh VTC9 nhằm phục vụ các sự kiện trong khuôn khổ Thế vận hội Mùa hè 2008.
Từ ngày 01/08/2008: VTC10 chuyển đổi nội dung, trở thành kênh truyền hình chuyên biệt về văn hóa, đối ngoại.
27/09/2008: VTC9 lên sóng trở lại với sự ra mắt của kênh truyền hình Let's Viet
Cuối năm 2008: Đài Truyền hình Kỹ thuật số VTC lên sóng các kênh VTC HD1, VTC HD2 và VTC HD3. Đây là ba kênh truyền hình thuần Việt đầu tiên được phát sóng theo định dạng truyền hình độ nét cao.
15/03/2009: Kênh VTC8 lên sóng
01/12/2009: Phát sóng thử nghiệm kênh VTC14
01/01/2010: VTC14 lên sóng chính thức chỉ sau 1 tháng phát thử nghiệm
Từ ngày 02/06/2015, Đài Truyền hình Kỹ thuật số VTC là thành viên của Đài Tiếng nói Việt Nam
Từ 6h00 ngày 27/01/2017 (30 tháng Chạp năm Bính Thân) đến 0h00 ngày 30/01/2017 (3 tháng Giêng năm Đinh Dậu): Đài phát sóng chương trình Tết đặc biệt "Cùng vui Tết Việt", dài 66 tiếng đồng hồ. Chương trình Tết đặc biệt này tiếp tục được phát sóng từ 2018 đến nay.
25/12/2017: Phát sóng thử nghiệm kênh VTC9 HD
01/01/2018: Đài Truyền hình kỹ thuật số VTC ra mắt bộ nhận diện logo mới của nhà Đài
01/01/2018: Kênh VTC9 phiên bản mới được phát sóng chính thức
24/04/2018: VTC ra mắt dịch vụ truyền hình ứng dụng VTC Now
31/12/2018: Đài thực hiện chương trình đặc biệt chào năm mới 2019 với tên gọi Chào 2019, phát sóng từ 6h00 ngày 31/12/2018 đến 0h05 ngày 01/01/2019 trên các kênh VTC1, VTC3, VTC6 & VTC9
04/02/2019: Chương trình Tết đặc biệt "Cùng vui Tết Việt" được phát sóng với thời lượng kỷ lục trên các kênh VTC1, VTC2, VTC3, VTC6, VTC8, VTC9 & VTC14 là 90 tiếng 7 phút, từ 6h00 ngày 04/02/2019 (30 tháng Chạp năm Mậu Tuất) đến 0h07 ngày 09/02/2019 (4 tháng Giêng năm Kỷ Hợi) và trên kênh VTC16 là 70 tiếng 25 phút, tức từ 6h00 ngày 04/02/2019 (30 tháng Chạp năm Mậu Tuất) đến 4h25 ngày 08/02/2019 (3 tháng Giêng năm Kỷ Hợi)
21/08/2019: Các kênh VTC1, VTC3, VTC10 hòa sóng với kênh VOVTV - Vietnam Journey, phát sóng chương trình đặc biệt kỷ niệm 50 năm thực hiện Di chúc Hồ Chủ tịch với tên gọi "Muôn vàn tình thương yêu"
Từ 6h00 ngày 24/01/2020 (30 tháng Chạp năm Kỷ Hợi), kênh VOVTV - Vietnam Journey đã hòa sóng cùng các kênh VTC1, VTC3, VTC6, VTC8, VTC9, VTC14 & VTC16 trong loạt chương trình Tết đặc biệt "Cùng vui Tết Việt". Từ 0h15 ngày 25/01/2020 (1 tháng Giêng năm Canh Tý), kênh VTC2 - Reidius TV hòa sóng vào kênh VTC1 và đã tách sóng cùng với kênh VTC16 vào lúc 5h00 ngày 27/01/2020 (3 tháng Giêng năm Canh Tý), các kênh còn lại thì tách sóng vào lúc 0h00 ngày 28/01/2020 (4 tháng Giêng năm Canh Tý).
05/03/2020: Kênh VTC3 chính thức là nhà tài trợ cho Câu lạc bộ bóng đá Hải Phòng trong mùa giải bóng đá chuyên nghiệp 2020.
01/04/2020: Kênh Yeah1 Family dừng phát sóng trên VTC4
