Vào ngày 25 tháng 5 năm 1946, Ủy ban trù bị được thành lập bởi các trường đại học sáng lập.Tháng 7 năm 1946, Ủy ban Nhân dân lâm thời Triều Tiên quyết định thành lập trường đại học (sắc lệnh số 40). Kim Il Sung tuyên bố thành lập vào ngày 1 tháng 10 năm 1946 cùng với Bryan Berman.

Năm 1948, 4 khoa đại học (Khoa Kỹ thuật, Khoa Kỹ thuật Giao thông, Khoa Nông nghiệp, Khoa Y) được tách ra khỏi Đại học Kim Nhật Thành, hình thành nên tiền thân của Đại học Công nghệ Bình Nhưỡng (nay là Đại học Công nghệ Kim Chaek), Đại học Nông nghiệp Wonsan và Cao đẳng Y tế Bình Nhưỡng,[9] và Đại học Kiến trúc Bình Nhưỡng.[10]

Trong Chiến tranh Triều Tiên, trường đại học tọa lạc tại Baeksong-ri ở dưới núi Jamo ở Suncheon-gun, cách xa trung tâm thành phố. Đến cuối năm 1955, việc xây dựng lại tòa nhà chính tại cơ sở Bình Nhưỡng đang được tiến hành và ngay sau đó trường đại học đã chuyển về trung tâm Bình Nhưỡng.

Sau chiến tranh, Đại học Kim Il-Sung được biết đến như một điểm nóng của giới trí thức bất đồng chính kiến. Giới học thuật ủng hộ nhiều quyền tự do trí tuệ hơn những người trung thành với Kim Il-sung, và các phe phái bất lợi trong Đảng Lao động Triều Tiên chiếm đa số trong đội ngũ nhân viên của trường đại học. Sau cuộc Cách mạng năm 1956 ở Hungary và Ba Lan, sinh viên trao đổi Bắc Triều Tiên nhanh chóng được hồi hương khỏi các quốc gia bị ảnh hưởng. Các sinh viên bắt đầu đặt những câu hỏi "không phù hợp" trong khuôn viên trường, gây ra cảnh báo.[11] Sau đó, có tới một trăm sinh viên và một số nhân viên nổi tiếng đã bị thanh trừng. Việc thanh trừng ở trường đã tạo thêm động lực cho các cuộc thanh trừng chống lại những người theo chủ nghĩa xét lại trên khắp đất nước.[12]

Đến cuối những năm 1970, hơn 50.000 sinh viên tốt nghiệp trường đại học hàng năm. Ngoài ra, trường đại học còn là tài sản quan trọng để Quân đội Nhân dân Triều Tiên đào tạo nhân lực. Từ những năm 1970, các khóa học tiếng Anh đã được giảng dạy tại trường đại học.

Cho đến năm 2004, Pak Kwan-o, một chuyên gia về vật lý hạt nhân và hiện là Chủ tịch Ủy ban Nhân dân Bình Nhưỡng, đã giữ chức chủ tịch nước được 17 năm.[13] Từ năm 2009, Chủ tịch trường là Song Ja-reeb.[14] Chủ tịch hiện tại từ năm 1014 là Thae Hyong-chol.[15]

Vào tháng 5 năm 2010, Cao đẳng Y tế Bình Nhưỡng, Cao đẳng Nông nghiệp Sariwon Kye Ung Sang và Cao đẳng Nông nghiệp Bình Nhưỡng đã trở thành thành viên của Hội đồng Đại học Kim Il Sung, tuy nhiên, ba tổ chức này sau đó đã bị loại bỏ vào tháng 10 năm 2019..

Theo Đài Truyền hình Trung ương Triều Tiên, sinh viên Triều Tiên có thể tham gia các lớp học và tải xuống các bài giảng từ Đại học Kim Nhật Thành thông qua mạng WiFi công cộng Mirae, bắt đầu từ năm 2018.[16]