Som sykehus, utdannings- og forskningsinstitusjon ivaretar universitetssykehuset oppgaver på flere nivå.

Først og fremst er St. Olavs Hospital lokalsykehus for befolkningen i Sør-Trøndelag, men sykehuset ivaretar også regionale og nasjonale oppgaver, og har som mål å være internasjonalt ledende på utvalgte områder. Universitetssykehusets oppgaver er definert i Lov om spesialisthelsetjenesten, og omfatter pasientbehandling, opplæring av pasienter og pårørende, forskning og utdanning av helsepersonell.

Kjerneverdiene helhet, likeverd, respekt og medbestemmelse skal ligge til grunn for møtet med brukerne, studentene, kollegene og samarbeidspartnerne. Visjonen St. Olavs Hospital strekker seg etter er ”– en kilde til helse og utvikling”.

Virksomheten omfatter spesialisthelsetjenester innen somatikk og psykisk helsevern, og er lokalisert på flere steder i Sør-Trøndelag. Hovedtyngden av virksomheten ligger i Trondheim med sykehusanlegg på Øya, Østmarka, Brøset og Haukåsen. I Trondheim ligger også Hjerteklinikken St. Elisabeth, Munkvoll rehabiliteringssenter og Trondsletten habiliteringssenter. I tillegg har helseforetaket distriktspsykiatriske sentre på Tiller og Leistad i Trondheim. Orkdal Sjukehus og Røros Sykehus er integrert i den kliniske virksomheten ved St. Olavs Hospital. På Orkanger og i Haltdalen finnes også et distriktspsykiatrisk senter. St. Olavs Hospital har driftsavtale med Betania rehabiliteringssenter i Malvik. Fosen distriktsmedisinske senter er en del av St. Olavs Hospital. Nytt universitetssykehus er under oppføring på Øya i Trondheim, hvor det første av to byggetrinn allerede er ferdig og tatt i bruk.

Rindal kommune i Møre og Romsdal er en del av lokalsykehusområdet til St. Olavs Hospital, mens kommunene Osen og Roan i Sør-Trøndelag tilhører lokalsykehusområdet til Helse Nord-Trøndelag.