อำเภอเมืองอุทัยธานี  แต่เดิมเรียกว่า "อำเภอน้ำซึม" ตั้งอยู่ทางทิศตะวันตกของแม่น้ำสะแกกรัง บนฝั่งแม่น้ำด้านที่มี ตลาดใหญ่เรียกว่า "ตลาดสะแกกรัง" ขึ้นอยู่กับจังหวัดชัยนาท สมัยกรุงรัตนโกสินทร์  ในสมัยพระบาทสมเด็จพระ นั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 3 ได้โปรดเกล้าแต่งตั้งให้พระยาอุทัย (เสือ พยัคฆวิเชียร) ซึ่งเป็นชาวกรุงเทพ มาดำรง ตำแหน่งเจ้าเมืองอุทัยธานี ในปี  พ.ศ.2376 แต่กลัวไข้ป่าไม่กล้าขึ้นไปว่าราชการที่เมืองอุทัยเก่า (ปัจจุบันเป็นตำบล อุทัยเก่า อำเภอหนองฉาง  อยู่ห่างจากตัวจังหวัด 21 กิโลเมตร) ประกอบกับการเดินทางไปมาติดต่อกับนครหลวง ไม่สะดวกเพราะกันดารผิดกับบ้านสะแกกรัง (ขณะนั้นอยู่ในเขตเมืองชัยนาท) เป็นชุมชนที่มีความอุดมสมบูรณ์มีการ คมนาคมสะดวก เพราะมีแม่น้ำสะแกกรังไหลผ่านจึงขอพระบรมราชานุญาตว่าราชการและตั้งบ้านเรือนที่บ้านสะแกกรัง  ตำบลสะแกกรัง จนถึงพุทธศักราช 2435 และในปี 2464 กระทรวงมหาดไทยจึงได้โอนตำบลสะแกกรังที่ขึ้นอยู่กับ จังหวัดชัยนาทมาขึ้นกับอำเภอน้ำซึม

ต่อมา ขุนปาลวัฒน์วิไชย (เหมือน ปาลวัฒน์วิไชย) นายอำเภอน้ำซึม ได้เสนอขอเปลี่ยนชื่อเป็น "อำเภอเมืองอุทัยธานี"  เพื่อให้สอดคล้องกับชื่อเมืองอันเป็นที่ตั้งศาลากลางจังหวัดอุทัยธานี และกระทรวงมหาดไทยได้เปลี่ยนชื่อ "อำเภอน้ำซึม" เป็น "อำเภอเมืองอุทัยธานี"   ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2482  เป็นต้นมา

สำนักงานสาธารณสุขอำเภอเมืองอุทัยธานี เดิมเป็นแผนกหนึ่งในที่ว่าการอำเภอเมืองอุทัยธานี ตั้งอยู่ที่ถนนท่าช้าง ตำบลอุทัยใหม่ อำเภอเมืองอุทัยธานี โดยเรียกว่า "สำนักงานสาธารณสุขอำเภอเมืองอุทัยธานี" เริ่มจัดตั้งเมื่อไร ไม่ทราบแน่ชัด แต่จากหลักฐานในหนังสือราชการทราบว่ามีการดำเนินงานกิจการงานด้านสาธารณสุขในระดับอำเภอ ตำบล มาก่อนแล้ว โดยมีคณะกรรมการอำเภอเมืองอุทัยธานี เป็นผู้รับผิดชอบดูแลการดำเนินงาน ต่อมาเมื่อวันที่ 25 พฤษภาคม 2492 กรมสาธารณสุขในขณะนั้น ได้แต่งตั้ง นายน้อม รัตนพิบูลย์ สารวัตรสุขาภิบาลประจำจังหวัดอุทัยธานี (ซึ่งสมัยนั้นมียศทางทหารตำแหน่งสิบโท) มาเป็นสาธารณสุขอำเภอเมืองอุทัยธานี โดยระบุในหนังสือส่งตัวว่าเป็น ตำแหน่งที่จัดตั้งใหม่ และได้มารายงานตัวปฏิบัติราชการเมื่อวันที่ 8 กรกฎาคม 2492 ซึ่งก่อนหน้านี้มีนางสังเวียน ปัญญาแก้ว ตำแหน่ง ผดุงครรภ์ชั้น 2 เป็นเจ้าหน้าที่ปฏิบัติงานอยู่แล้ว

ต่อมาภายหลังได้เปลี่ยนชื่อสำนักงานสาธารณสุขอำเภอ เป็น "สำนักงานอนามัยอำเภอ" แล้วภายหลังจึงเปลี่ยนชื่อเป็น สำนักงานสาธารณสุขอำเภอ อย่างเดิม

ในปีงบประมาณ 2537 ได้รับงบประมาณให้ก่อสร้างอาคารสำนักงานสาธารณสุขอำเภอเมืองอุทัยธานี เป็นเงิน 440,000 บาท ที่หมู่ 3 ตำบลน้ำซึม อำเภอเมืองอุทัยธานี (บริเวณเดียวกับสำนักงานสาธารณสุขจังหวัดอุทัยธานี) และได้ย้าย ที่ทำการมาปฏิบัติงานที่สำนักงานแห่งใหม่เมื่อวันที่ 13 พฤศจิกายน 2540 เป็นต้นมา

ในปีงบประมาณ 2551 ได้รับงบประมาณให้ก่อสร้างต่อเติมห้องสำนักงานสาธารณสุขอำเภอเมืองอุทัยธานี (ทางด้ายซ้ายของอาคารเดิม) เป็นเงิน 144,456 บาท ก่อสร้างแล้วเสร็จเมื่อ 10 กุมภาพันธ์ 2551