조치원읍으로 가는 모든 청주시 시내버스 노선들과 태생이 같으며, 역사 또한 굉장히 오래된 노선인데 1911년에 신설되었다.# 특히 '조치원역 - 상당공원' 구간은 60번으로 운행하던 1980년대~1990년대는 물론이며 그 이전부터 유지되었던 구간이다. 다만 2000년대 전후로 가경동에 터미널이 들어오면서 가경동을 순환하게 되었다가 가경동에서 워낙 시간을 많이 잡아먹어 노선이 약간 수정되었다.

2000년대 초, 청주시 시내버스의 노선번호 부여는 왕/복이 달랐기에 747번(이하 현재의 노선과 다름, 조치원역 - 청주공항), 407번(조치원역 - 분평동), 410번(조치원역 - 미평동), 711번(조치원역 - 중앙여중) 등 잡다하게 나뉘었는데 조치원역~청주대교까지는 수십 개의 정류장이 중복되었다. 이후 현 방식으로 개편되면서 남쪽 동부종점 502번, 북쪽 정하동 511번[8]으로 노선정리가 이루어졌다.

과거에는 연기군에서 조치원역까지 청주시 버스가 운행하는 것에 대한 응당한 대가를 요구하면서 연기군과 청주시가 조치원역 회차 문제로 다툼이 있었다. 이 때문에 과거에는 청주시 버스의 회차 방해와 이로 인한 노선 단축 소동이 있었으며, 2010년에도 502번 버스가 몇 달간 조치원역으로 가지 못하고 역전로터리에서 좌회전해서 조치원경찰서 앞에서 회차해 청주로 돌아가는 일도 있었다.

2017년 3월 1일부터 오송역을 경유하도록 노선이 일부 변경되었다. 관련 게시물 상 · 하행 모두 오송역을 경유하며, 36번 국도를 주행하다 오송2교차로에서 잠깐 빠졌다 오송역을 한 바퀴 돌아 36번 국도로 다시 들어오는 식으로 경유한다. 대규모 개편 시 다시 오송역 미경유로 변경될 것으로 보였지만 2019년 현재에도 오송역을 경유하고 있다. 502번이 오송역 경유를 하지 않게 되면 오송역 경유 시내버스 운행횟수가 거의 절반으로 줄게 된다(...).

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

2018년 12월 30일부터 좌석버스 분리 정차 시행으로 기존에 통과하던 정류장 외에 추가로 일부 정류장에 미정차하며, 운행횟수가 기존 1일 118회에서 1일 110회로 감회되었다.
굵게 표시된 글씨는 새로 추가된 미정차 정류장이다.

2019년 10월 12일부터 750번이 폐선되고, 751, 751-1번이 광역급행노선으로 전환함에 따라 기존에 운행하던 좌석버스 차량들이 이 노선으로 증차되었다.

2021년 1월 1일부터 책임노선제가 시행되어 우진교통이 좌석차량(757 제외) 전체를 투입하는 것을 중심으로 동양교통이 차량을 보태는 형식으로 노선이 운행된다.

청주 시내에서 조치원까지 가는 유일한 노선이다. 다른 노선들은 모두 오송읍내나 오송역에서 환승을 해야 한다.

오전 시간에는 충청대에서 내리는 학생들이, 오후 4시부터 7시까지는 충청대 정류장에서 타는 학생들 때문에 차가 미어 터진다.

1일 평균 승차량 1만 2719명, 하루 운행횟수가 110회로 청주시 시내버스의 승차량[17], 운행횟수 1위 노선이다. 덕분에 항상 미어터진다.[18] 엉뚱하게도 세종시를 지나는 세종시, 공주시, 청주시 노선을 통틀어서 가장 운행횟수가 많은 버스였다. 30년 이상 그래왔는데, BRT 노선인 990번의 배차간격이 점차 짧아지면서 현재는 우선순위가 바뀌었다. 배차간격이 짧아 출퇴근 시간에 2~3대가 몰려다니거나 뒷차가 추월해서 가는 경우도 흔하다.

BIS로 실시간 위치 등을 확인할 때는 시 경계를 넘어서는 시점부터 제대로 나오지 않는다. 시계탑을 지나고 있는 버스가 조치원역에 정차 중이라고 뜰 정도.

조치원역으로 청주 502번 말고도 번호가 같은 공주 502번[20]도 들어오므로 조치원에서 이 노선을 이용하는 승객들은 주의해야 한다. 공주 502번은 주황색 도색이지만 청주 502번은 흰색 바탕에 초록색, 노란색 무늬가 있고 앞면에 특유의 충청북도 로고 또는 청주시 로고가 그려진 버스이다. 다만 공주 502번은 운행횟수가 1일 1회 운행이기 때문에 실제로 혼동할 일은 거의 없다고 보면 된다.

502번이 오송역을 경유하는 노선으로 변경되면서 조치원에서 오송역 이용이 편리해져 조치원역 일반열차 이용객이 KTX로 이탈, 조치원역 일평균 승하차량이 2016년 10,338명에서 2017년 9,426명으로 전년 대비 9%나 감소[22]하게 되었다.

'동부종점~상당사거리' 구간을 제외하고는 거의 36번 국도를 따라가는 노선이다.

수십 년간 '조치원역 - 상월곡' 구간은 구간요금이 있었다. 청주시 어디에서 타든 청원군 또는 연기군에서 내린다면 구간요금을 내야 했다. 청주 방면이면 그 반대. 예외가 하나 있었는데 청주IC 앞에 위치한 '석소' 정류장이다. 석소는 청주시 안에 위치했는데, 어느 방향으로 가든 구간요금이 붙지 않았다. 이후 통합 청주시 출범을 앞두고 전 구간 기본요금제로 변경되었다.

동부종점에서 8~9분 간격으로 출발한다. 조치원에서는 22시 38분까지는 8~9분 간격이나, 이후에는 12~16분 간격으로 운행한다. 이전에는 청주버스 특유의 싸가지 없는 서비스로 시간표와 상관없이 23시 이전에 차가 끊기는 경우도 있었지만, 꾸준한 민원세례로 현재는 정해진 시간에 출발하고 있다. 가끔 불 다 끄고 회차해서 가버리는 버스가 있는데, 이는 정차하는 버스가 따로 있다는 뜻이니 걱정하지 않아도 된다.

심야에는 조치원에서 가경터미널까지 무조건 30분 안에 도착한다. 조치원역-오송역 10분, 오송역-충청대학교 10분, 충청대학교-청주고속버스터미널 10분이라는 총알택시 급의 미친 속도를 자랑한다.

비수도권 버스임을 고려하면 정말 배차간격이 짧다. 어느 정도냐면 오송역에서 버스를 눈 앞에서 놓쳤는데 2~3분 후에 바로 오는 정도. 표정속도가 정말 높기 때문에 네이버 지도를 믿지 말고 정류장에서 알려주는 버스 안내서비스를 믿도록 하자.

서울~부산간 시내버스 여행할 때 앞서 서울에서 6600번을 타고 비전동에서 내린 다음에 성환[25] 또는 방죽안오거리까지 도보를 하고 천안에서 700번대를 타고 전의역 또는 대곡리 또는 운당리에서 세종 버스 991 또는 세종 버스 801을 타고 이 역에서 내린다. 그런 다음 도보를 조금해서 502번을 타고 청주지하상가 정류장[26]에서 내린 다음에 211번 타고 미원에서 내린 다음 보은여고에서 내려 중벌리행 농어촌버스 타고 용화에서 내리는 방법이 있다. 이렇게 타면 청천 경유 상주루트를 만회할 수 있다. 다만 아직까지 검증된 루트가 아니니 주의해야 한다.

출처: 한국교통안전공단 대중교통현황 조사

하차량은 포함하지 않는다.

소수점 둘째 자리에서 반올림했다.

일반 철도역: 오송역(KTX, SRT, 무궁화호), 조치원역(ITX-새마을, 무궁화호)