มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ มีนโยบายขยายการจัดการศึกษากลุ่มวิทยาศาสตร์สุขภาพ เดิมมีเพียง คณะแพทยศาสตร์ คณะทันตแพทยศาสตร์ คณะพยาบาลศาสตร์และคณะสหเวชศาสตร์ จึงได้มีแผนจัดตั้งคณะสาธารณสุขศาสตร์ เพื่อผลิตบุคลากรด้านสาธารณสุขซึ่งเป็นที่ต้องการของประเทศอย่างมาก ในการประชุมทบวงมหาวิทยาลัย ครั้งที่ 2/2539 วันที่ 6 มกราคม พ.ศ. 2539 ได้เห็นชอบบรรจุโครงการจัดตั้งไว้ในแผนพัฒนาการศึกษาระดับอุดมศึกษา ฉบับที่ 7 (พ.ศ. 2535 – 2539) และฉบับที่ 8 (2540 – 2544) ตามลำดับ แต่ไม่สามารถจัดตั้งได้ในช่วงเวลาดังกล่าวเนื่องจากในปี พ.ศ. 2540 เกิดภาวะวิกฤตเศรษฐกิจขึ้นในประเทศไทย คณะรัฐมนตรีจึงมีมติในการประชุมวันที่ 14 ตุลาคม 2540 ให้ชะลอการจัดตั้งหน่วยงานที่เป็นส่วนราชการ

ต่อมาในปี พ.ศ. 2543 มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ได้ทบทวนโครงการจัดตั้ง คณะสาธารณสุขศาสตร์อีกครั้งและได้มีคำสั่งที่ 1052/2543 ลงวันที่ 5 กรกฎาคม พ.ศ. 2543 แต่งตั้งคณะกรรมการโครงการจัดตั้งคณะสาธารณสุขศาสตร์ เพื่อพิจารณาดำเนินการโครงการจัดตั้งคณะสาธารณสุขศาสตร์ ที่ได้รับการบรรจุในแผนพัฒนาการศึกษาระดับอุดมศึกษา ฉบับที่ 8 (พ.ศ. 2540 - 2544) โดยในระหว่างเดือนมกราคม พ.ศ. 2545 ถึงเดือนเมษายน พ.ศ. 2546 ได้ศึกษาความเป็นไปได้ในการจัดตั้งคณะสาธารณสุขศาสตร์ ผลการศึกษาสรุปว่า คณะสาธารณสุขศาสตร์ ควรจัดการเรียนการสอนทั้งระดับปริญญาตรี และระดับบัณฑิตศึกษา เพื่อผลิตบุคลากรด้านสาธารณสุขที่มีความรู้ความสามารถในการดูแลควบคุม ป้องกันโรค และส่งเสริมสุขภาพ เพื่อสุขภาพอนามัยและความปลอดภัยของประชาชน มีการจัดกระบวนการเรียนการสอน การวิจัยที่แตกต่างจากสถาบันอื่นอย่างเด่นชัด และบูรณาการกับสาขาวิชาชีพอื่นที่เป็นจุดเด่นของมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ไว้ในหลักสูตร เช่น ด้านสังคมศาสตร์ การบริหารจัดการ พาณิชยศาสตร์ เศรษฐศาสตร์ กฎหมาย และหลักสูตรควรมีความสอดคล้องกับทิศทางการพัฒนาประเทศ แต่ในช่วงแผนพัฒนาฯ ฉบับที่ 9 (พ.ศ. 2545–2549) สำนักงานคณะกรรมการอุดมศึกษาได้แจ้งมหาวิทยาลัย/สถาบัน ว่ายังคงยืนยัน มติคณะรัฐมนตรีในเรื่องการชะลอการจัดตั้งเป็นหน่วยงานที่เป็น ส่วนราชการใหม่ หากมหาวิทยาลัยพิจารณาเห็นว่าจำเป็นอย่างยิ่ง ที่จะต้องจัดตั้งหน่วยงานใหม่ขอให้สภามหาวิทยาลัยเป็นผู้พิจารณา กำหนดนโยบายและพิจารณาอนุมัติในลักษณะจัดตั้งเป็นหน่วยงานอิสระในกำกับของมหาวิทยาลัย ซึ่งสภามหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์มีมติให้บรรจุ โครงการจัดตั้งคณะสาธารณสุขศาสตร์เป็นหน่วยงานใหม่ ในลักษณะหน่วยงานอิสระในกำกับของมหาวิทยาลัยไว้ในแผนพัฒนามหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ในการประชุมครั้งที่ 9/2546 เมื่อวันที่ 22 กันยายน 2546 และในการประชุมสภาสภามหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ครั้งที่ 8/2548 เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2548 ได้รับอนุมัติให้จัดตั้งคณะสาธารณสุขศาสตร์ เป็นหน่วยงานอิสระในกำกับของมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ โดยการยกฐานะจากภาควิชาวิทยาศาสตร์สุขภาพ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เมื่อวันที่ 1 กันยายน พ.ศ. 2548 โดยในปีการศึกษา 2548 คณะสาธารณสุขศาสตร์เริ่มเปิดสอน โดยได้จัดการเรียนการสอนระดับปริญญาตรีเพียงหลักสูตรเดียว คือ หลักสูตรวิทยาศาสตรบัณฑิต สาขาวิทยาศาสตร์สุขภาพ โดยดำเนินการต่อเนื่องมาจากภาควิชาวิทยาศาสตร์สุขภาพ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ซึ่งได้เปิดสอนหลักสูตรดังกล่าวมาตั้งแต่ปีการศึกษา 2529 และได้ปิดหลักสูตรโดยงดรับนักศึกษาใหม่ในปีการศึกษา 2550 ต่อมาได้ขยายโอกาสทางการศึกษาไปสู่ภูมิภาค โดยเริ่มเปิดสอนที่มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์ลำปาง ระดับปริญญาโทเริ่มเปิดสอนในปีการศึกษา 2557 และระดับปริญญาตรีเริ่มเปิดสอนปีการศึกษา 2559