История больницы началась в 1975 году. До этого в Пензе существовало 5 поликлиник и 3 соматические больницы (по 60-70 коек). Эти учреждения были плохо оборудованы и располагались в приспособленных помещениях. Стационарной медицинской помощи для детей в Пензе не было вообще, а амбулаторный прием велся всего по 12 специальностям. Тогда в целях улучшения лечебно-профилактического обслуживания детей областной отдел здравоохранения принял решение о централизации стационарной и амбулаторно-поликлинической помощи детям на базе вновь строящейся больницы на улице Бекешская. В том же году больница уже функционировала.
Больница на улице Бекешская сразу приобрела статус многопрофильной, она объединила под своим началом все детские поликлиники города, а в 1978 году и детскую стоматологическую поликлинику. Маломощные больницы были ликвидированы, а все стационарное лечение теперь проводилось в областной больнице. В своем составе объединенная больница имела 480 педиатрических и 140 акушерско-гинекологических коек, областную детскую консультативную поликлинику и областную женскую консультацию. Для проведения амбулаторно-педиатрического лечения детей в больнице на правах отделений функционировали 5 поликлиник для обслуживания детей г. Пензы, в которых было организовано от 12 до 22 педиатрических участков. В этих поликлиниках был также организован прием специалистов по 9 наиболее часто требующимся видам специализированной медицинской помощи, которые максимально были приближены к месту жительства ребенка.
В больнице было организовано 3 лечебных блока: соматический, хирургический, инфекционный, в которых функционировало 17 крупных специализированных детских отделений, открыто единое для всего города отделение функциональных методов исследования. В стационар госпитализировались все дети из г. Пензы, нуждающиеся в стационарном лечении, а также дети из районов Пензенской области с наиболее сложной и тяжелой патологией. При областной детской больнице была организована специализированная консультативная поликлиника.
В этой поликлинике были сосредоточены 23 узкопрофильных специализированных приема для детей областного центра и районов области. Врачи-специалисты не только консультировали, но брали на учет и амбулаторно лечили наиболее сложных больных, а при необходимости госпитализировали нуждающихся в соответствующие специализированные отделения больницы.
В настоящее время Пензенская областная детская клиническая больница имени Н.Ф. Филатова является одним из крупнейших лечебно-профилактических учреждений Пензенской области со стационаром на 715 коек, детской и женской консультативными поликлиниками на 101 посещение в смену. Диагностическая служба больницы представлена: отделениями лучевой диагностики, эндоскопическим, клинико-диагностической лабораторией и отделением функциональной диагностики. В больнице оказывается высококвалифицированная специализированная помощь женщинам и детям Пензенской области и областного центра.