ช่วงก่อตั้งสโมสร

สโมสรฟุตบอลจังหวัดสุโขทัย ได้เริ่มก่อตั้งและส่งทีมแข่งขันในฟุตบอลลีกระดับประเทศเมื่อปี พ.ศ. 2552 โดยมี จักรินทร์ เปลี่ยนวงษ์ ผู้ว่าราชการจังหวัดสุโขทัย (ในขณะนั้น) เป็นประธานสโมสร[1] โดยลงทำการแข่งขัน ลีกภูมิภาค ดิวิชั่น 2 2552 โดยมีฉายาของทีมว่า "ค้างคาวไฟ"[2] เนื่องจากใน จังหวัดสุโขทัย มีแหล่งท่องเที่ยวที่สามารถพบ ค้างคาว ได้จำนวนมาก ณ เขตรักษาพันธ์สัตว์ป่าถ้ำเจ้าราม ซึ่งตั้งอยู่ในพื้นที่ อำเภอทุ่งเสลี่ยม และ อำเภอศรีสำโรง โดยในระยะแรกสโมสรใช้นักฟุตบอลท้องถิ่นในจังหวัด ผสมกับ นักฟุตบอลจาก สถาบันการพลศึกษา วิทยาเขตสุโขทัย ซึ่งผลงานในปีแรก จบอันดับที่ 7 จาก 12 สโมสร โซนภาคเหนือ[1] โดยผลงานในช่วงนั้น สโมสรจบในอันดันค่อนท้ายตารางเป็นส่วนใหญ่

เลื่อนชั้นดิวิชั่น 1

ต่อมาในฤดูกาล 2556 ได้มีการเปลื่ยนแปลงฝ่ายบริหารของสโมสรฯ โดยประธานสโมสร เปลื่ยนจาก จักรินทร์ เปลี่ยนวงษ์ เป็น สมศักดิ์ เทพสุทิน ซึ่งในฤดูกาลนั้น สโมสรได้เปลื่ยนแปลงสัญลักษณ์ของสโมสร โดยเพิ่มเติม สีเขียว, สีเหลือง, และ สีแดง ซึ่งเป็นสีประจำจังหวัด เข้าไปอยู่ในตราสโมสร พร้อมกับแต่งตั้ง อิสระ ศรีทะโร[1] โดยในปีแรกที่เข้ามาบริหารสโมสร สโมสรทำผลงานได้ อันดับที่ 3 ในการแข่งขัน ลีกภูมิภาค ดิวิชั่น 2 2556 โซนภาคเหนือ ผ่านเข้าไปแข่งขันในรอบแชมป์เปี้ยนลีก แต่ไม่สามารถเลื่อนชั้นได้ โดยจบอันดับที่ 3 ในสาย B พลาดการเลื่อนชั้นแค่คะแนนเดียว

ปีต่อมา สโมสรฯ เปลื่ยนหัวหน้าผู้ฝึกสอนเป็น ชูศักดิ์ ศรีภูมิ และในปีนี้เอง สโมสร สามารถ จบฤดูกาลแข่งขันปกติด้วยตำแหน่งชนะเลิศ ลีกภูมิภาค ดิวิชั่น 2 2557 โซนภาคเหนือ พร้อมกับไปแข่งขันในรอบแชมป์เปี้ยนลีก เป็นปีที่ 2 และสามารถเลื่อนชั้นไปแข่งขัน ไทยลีกดิวิชัน 1 ได้สำเร็จในปีนี้เอง

ดิวิชั่น 1

หลังจากที่เลื่อนชั้นมาทำการแข่งขัน สโมสรได้ปรับเปลื่ยนทีมงานฝ่ายบริหารและผู้ฝึกสอนใหม่ โดย เขตพงศ์ กุลนาถศิริ ได้รับการแต่งตั้งเป็นผู้จัดการทีมแทน จักรวาล ชัยวิรัตน์นุกูล ที่เลื่อนตำแหน่งเป็นผู้อำนวยการสโมสร[1] และทีมผู้ฝึกสอน เป็น สมชาย มากมูล เข้ามารับตำแหน่งแทน โดยผลงานของสโมสรในช่วงนั้นถือว่า ทำได้ดีและอยู่เลกแรกด้วยอันดับเลขตัวเดียวได้ ต่อมา สโมสรได้แต่งตั้ง สมชาย ชวยบุญชุม แทนเพื่อเป้าหมายในการเลื่อนชั้นแข่งขันใน ไทยลีก[3] ซึ่งต่อมาสโมสรทำผลงานได้สำเร็จ โดยเลื่อนชั้นด้วยการจบอันดับที่ 3 โดยเอาชนะ นครปฐม ยูไนเต็ด ในการแข่งขันนัดตกค้าง[4]

ไทยลีกและฟุตบอลระดับเอเซีย

โดยในปีแรกที่สโมสรลงทำการแข่งขัน ฤดูกาล 2559 สโมสรทำผลงานได้น่าประทับใจ โดยสามารถจบอันดับ 7 ของตารางได้ ทั้งที่เพิ่งเลื่อนชั้นเพียงปีเดียว และ ยังได้สิทธิ์เข้าร่วมการแข่งขัน เอเอฟซีแชมเปียนส์ลีก 2017 ซึ่งเป็นการแข่งขันระดับเอเซียครั้งแรกของสโมสร จากการได้สิทธิ์ ชนะเลิศร่วม เอฟเอคัพ 2559[5] โดยในรอบคัดเลือกรอบสองนั้น สุโขทัยได้เล่นในบ้านและเอาชนะยาดานาร์บอนไปได้ 5–0 ก่อนที่จะบุกไปแพ้เซี่ยงไฮ้ เอสไอพีจี 0–3 ในรอบเพลย์ออฟ

ทว่าในลีกฤดูกาล 2560 ของสโมสรนั้น กลับทำผลงานในช่วงต้นฤดูกาลได้ย่ำแย่จนอันดับร่วงไปอยู่ในโซนตกชั้น แต่ต่อมาทางสโมสรได้แต่งตั้งไพโรจน์ บวรวัฒนดิลก เป็นหัวหน้าผู้ฝึกสอน ทำให้ในช่วงท้ายฤดูกาล สุโขทัยหนีตกชั้นได้สำเร็จ ต่อมาในฤดูกาล 2561 สโมสรทำผลงานในช่วงต้นฤดูกาลได้ดี แต่ก็มาแผ่วในช่วงกลางฤดูกาลและไพโรจน์ก็ลาออกจากตำแหน่งผู้ฝึกสอน ทำให้สถานการณ์ของสโมสรไม่ค่อยดีเมื่อต้องหนีตกชั้นอีกครั้ง สุดท้าย ทางสโมสรแต่งตั้งเฉลิมวุฒิ สง่าพล เป็นหัวหน้าผู้ฝึกสอน ทำให้สุโขทัยรอดพ้นจากการตกชั้นอีกครั้ง

ในฤดูกาล 2562 ลูโบเมียร์ ริสตอฟสกี ได้เข้ารับตำแหน่งหัวหน้าผู้ฝึกสอน เขาคุมสโมสรเสมอในลีกหลายนัด และในช่วงที่เลกที่สอง สุโขทัยทำผลงานได้ไม่ดี ต้องหนีตกชั้นอีกครั้ง สุดท้าย ไพโรจน์ บวรวัฒนดิลก ก็กลับมารับหน้าที่เป็นหัวหน้าผู้ฝึกสอนอีกครั้งหนึ่ง และเขาสามารถช่วยให้สุโขทัยหนีตกชั้นได้สำเร็จเป็นหนที่สอง