ตำรวจภูธรจังหวัดสุโขทัยได้ก่อตั้งขึ้น เมื่อ ปีพ.ศ.2442 
เดิมนั้นเป็นกองตำรวจภูธร จังหวัดสวรรคโลกตั้งอยู่ที่อำเภอสวรรคโลก ในปัจจุบัน

ต่อมาเมื่อปี พ.ศ.2482 ได้มีการลดฐานะจังหวัดสวรรคโลกเป็นอำเภอ และตั้งจังหวัดสุโขทัยขึ้นใหม่ กองตำรวจภูธรจังหวัดสุโขทัย จึงย้ายมาอยู่ที่ อำเภอเมือง จังหวัดสุโขทัย โดยมีนายตำรวจระดับผู้กำกับการเป็นหัวหน้าเรื่อยมา จนกระทั่งเมื่อปี พ.ศ.2537 ได้รับการยกฐานะหัวหน้า ให้เป็นระดับรองผู้บังคับการเป็นหัวหน้า  และปรับอีกครั้ง เมื่อปี พ.ศ.2539 ให้มีนายตำรวจระดับผู้บังคับการเป็นหัวหน้าจนถึงปัจจุบัน อาคารที่ทำการ ตำรวจภูธรจังหวัดสุโขทัย มีการก่อสร้างปรับปรุงเปลี่ยนแปลง 3 ครั้ง

ครั้งแรกเมื่อปี พ.ศ.2482 เป็นอาคารไม้ 2 ชั้น โดยชั้นบน เป็นที่ทำการของ กองกำกับการตำรวจภูธรจังหวัดสุโขทัยส่่วนชั้นล่างเป็นที่ทำการของ สถานีตำรวจภูธรอำเภอเมืองสุโขทัย โดยมี พ.ต.ต.หลวง ประพัฒน์ เมฆวิภาค เป็นผู้กำกับการ คนแรก

ครั้งที่ 2 เมื่อปี พ.ศ.2533 ได้ก่อสร้างเป็นอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก 2 ชั้น อยู่ที่ ถนนนิกรเกษม ตำบลธานี อำเภอเมือง จังหวัดสุโขทัย โดยแบ่งชั้นบนเป็นที่ทำการ กองกำกับการตำรวจภูธรจังหวัดสุโขทัย และชั้นล่างเป็นที่ทำการ สถานีตำรวจภูธรอำเภอเมืองสุโขทัย 

ครั้งที่ 3 เมื่อปี พ.ศ.2541 ได้มีการก่อสร้างอาคาร 3 ชั้น ตั้งอยู่ที่ ถนนศรีอินทราทิตย์ ตำบลธานี อำเภอเมือง จังหวัดสุโขทัย เป็นที่ทำการ ตำรวจภูธรจังหวัดสุโขทัย