조치원역과 청주시내를 이어주는 일반시내버스가 전신이다. 2006년 3월 25일 노선개편으로 정하 - 조치원역 노선으로 운행했으며, 당시에는 하루 91회 운행을 자랑하는 청주시의 주요노선이었다.

2009년 3월 1일, 오송신도시 입주가 시작됨에 따라 517-2번 신설로 인해 운행횟수가 감회되었다.

2010년 8월 1일, 516번 노선신설로 511번에서 8대가 감차되었다.

KTX 오송역의 연계교통 문제를 해결하고자 2010년 12월 1일에 억지로 노선을 비틀면서 오송신도시 경유가 시작되었다. 이와 동시에 517-2번이 511번으로 통합되었다. 청주시 공지사항 운행경로는 '조치원역 - 오송삼거리 - 오송역 - 오송생명과학단지 - 궁평리(이후 동일)' 이었으나 구 오송읍내(읍사무소 소재지)를 그냥 지나치는데다 오송신도시를 억지로 스쳐갈 뿐이어서 별다른 개선책이 되지 않았다. 오히려 조치원역 이용 승객의 불만만 하루 37회나 가중시켰을 뿐[1] 그리고 지선으로 511-1번이 신설되었다. 오송신도시를 역 P턴하는 방식(오송역 → 오송중 → 만수공원 → 서흥캅셀 → 연제리(분토골) → 보건의료행정타운 → 만수리)으로 크게 돌아 궁평지하차도[2]로 나가는 노선이었고, 운행횟수는 고작 1일 8회였다.

이후 정식으로 구간을 분리하여 오송신도시를 기점으로 하되 구 오송읍내를 경유하는 식으로 수정이 이루어졌다.

2012년 3월 1일, 종점이 보건의료행정타운으로 변경되었다. 개편 과정에서 잘려 나간 오송역~조치원역 구간은 신설된 525번이 운행한다. 525번 노선신설로 운행대수가 2대 감차되어 7대로 운행되었다.
한편, 오송역에서 가경터미널을 이어주던 520번은 폐선되었다.

중복노선 통폐합으로 511-1번이 폐선되었다.

2015년 7월 25일, 516번 감차분 2대가 증차되어 9대로 운행중이다.

2018년 2월 11일, 정하동행 차량의 운행경로가 국책기관행 차량의 운행경로와 동일하게 변경되었다. 기존의 정하동행 차량은 가로수로에 있는 '강서1동주민센터' 정류장를 경유한 뒤 시외버스터미널을 한 바퀴 돌아, 고속버스터미널을 경유했으나, 국책기관행 차량들처럼 가로수로 대신 강서로에 있는 '강서1동' 정류장을 경유한 뒤, 자산관리공사를 지나 고속버스터미널을 경유하도록 변경되었다. 이는 상ㆍ하행 운행경로가 달라 정류장을 착각하는 승객들이 많기 때문에 상ㆍ하행 운행경로를 동일하게 변경한 것으로 보인다.

2019년 12월 28일, 525번과 같이 연세대심혈관센터, 충북대오송바이오캠퍼스를 경유하도록 변경되었다.

다른 오송신도시 경유 노선(500번, 517번)과 달리 오송신도시를 관통하기 때문에, 수요가 굉장히 많다. 이 뿐만 아니라 노선 자체가 꽤나 역사가 오래된 노선이기 때문에 시민들에게도 인지도가 높아 시내에서도 수요가 많은 편이다.

첫차가 05:17분으로 청주는 물론 충청북도에서 첫차가 가장 빠른 노선이다. 충청권에서는 세종 990번을 이어 2번째로 첫차가 빠른 노선이다. 좌석 502번 노선의 첫차가 05:20분인데 3분 정도 빠른 수준.

한국교원대학교에서 출발하는 시간대가 있으며, 노선번호는 별개로 붙어있지는 않다. 913번 교원대 출발 첫차보다 더 이른 시간에 운행하며, 913번이 지속적으로 연장되는 와중에도 동막동 오룡마을에서 출발하는 것으로 유지하다가, 2020년 10월 12일 감차 때 913번과 같은 교원대 출발로 변경되었다. 동막동 출발에서 연장만 된 것이므로 동막동을 경유해서 시내 방향으로 운행한다. 시청 제공 시간표에는 이 부분이 명시되어있지 않아서, 자칫 교원대에서 탑연삼거리로 나와서 본래 노선에 합류하거나 교원대에서 오송을 갔다가 오는 것으로 오해할 여지가 있다. 교원대에서 탑승하는 경우, 청주대 방향으로 가는 게 아니라면 굳이 이 노선을 찾아서 탈 필요는 없다. 어차피 6:20 출발 513번 첫차와 중복되기 때문이다.

출처: 한국교통안전공단 국가대중교통DB

하차량은 포함하지 않는다.

소수점 둘째 자리에서 반올림하였다.

일반 철도역: 오송역(KTX, SRT, 무궁화호)