Mục tiêu quy hoạch đến năm 2025, tỉnh Thái Nguyên là một trong những trung tâm kinh tế công nghiệp theo hướng hiện đại, thông minh của vùng trung du và miền núi Bắc Bộ và vùng Thủ đô Hà Nội.
Đến năm 2030, tỉnh Thái Nguyên trở thành một trong những trung tâm sản xuất điện, điện tử, cơ khí chế tạo trình độ cao; trung tâm giáo dục, nghiên cứu, ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất; trung tâm y tế, chăm sóc sức khỏe; trung tâm du lịch; trung tâm chuyển đổi số của khu vực trung du và miền núi Bắc Bộ; xây dựng thành phố Thái Nguyên trở thành một trong những cực tăng trưởng hạt nhân quan trọng trong phát triển kinh tế của vùng trung du và miền núi Bắc Bộ và vùng Thủ đô Hà Nội.
Tầm nhìn phát triển đến năm 2050, phấn đấu xây dựng tỉnh Thái Nguyên đạt tiêu chuẩn để trở thành thành phố trực thuộc Trung ương, xanh, thông minh, có bản sắc rõ ràng; là một trong những trung tâm công nghiệp hiện đại của vùng Thủ đô Hà Nội và cả nước; nơi đáng sống, đáng đến, an toàn và thịnh vượng.
Đến năm 2030, quy hoạch hệ thống đô thị tỉnh Thái Nguyên có 15 đô thị gồm: 01 đô thị loại I là thành phố Thái Nguyên; 02 đô thị loại II là thành phố Sông Công và thành phố Phổ Yên; 05 đô thị loại IV là các đô thị mới: Thị xã Đại Từ, Thị xã Phú Bình; các thị trấn: Hóa Thượng - huyện Đồng Hỷ, Đu - huyện Phú Lương và Chợ Chu - huyện Định Hóa; 07 đô thị loại V là các thị trấn: Trại Cau - huyện Đồng Hỷ, Sông Cầu - huyện Đồng Hỷ, Đình Cả - huyện Võ Nhai, Giang Tiên - huyện Phú Lương và các đô thị mới như Quang Sơn - huyện Đồng Hỷ, Bình Yên - huyện Định Hóa và La Hiên - huyện Võ Nhai.
Theo quy hoạch tỉnh Thái Nguyên thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050, Thái Nguyên có dư địa trên 6.000ha đất phục vụ phát triển công nghiệp (4.245ha đất phát triển khu công nghiệp, 2.057ha đất phát triển cụm công nghiệp. Trong đó mở rộng 11 khu công nghiệp và 1 khu công nghệ thông tin tập trung; phát triển 41 cụm công nghiệp).
Về du lịch, tỉnh Thái Nguyên tập trung phát triển các khu du lịch bao gồm: Hồ Núi Cốc; Khu di tích quốc gia đặc biệt ATK Định Hóa; Quần thể hang Phượng Hoàng - suối Mỏ Gà, các hang động trên địa bàn huyện Võ Nhai, huyện Định Hóa; Khu vực Đông Tam Đảo, Rừng Khuôn Mánh (huyện Võ Nhai); Khu du lịch sinh thái Hồ Ghềnh Chè (thành phố Sông Công); Khu du lịch sinh thái, nghỉ dưỡng Hồ Suối Lạnh (thành phố Phổ Yên); Khu du lịch sinh thái Hồ Kim Đĩnh (huyện Phú Bình); Khu di tích Đình Đen Chùa cầu Muối (huyện Phú Bình); Khu di tích Núi Văn - Núi Võ (huyện Đại Từ); Khu di tích Lý Nam Đế (thành phố Phổ Yên).
Ngoài ra quy hoạch tỉnh đã quy hoạch các khu chức năng tổng hợp và nghỉ dưỡng, vui chơi, giải trí, trong đó có 13 sân golf. Quy hoạch các tuyến giao thông trọng điểm như: đoạn tuyến vành đai V; tuyến liên kết các tỉnh Thái Nguyên, Bắc Giang, Vĩnh Phúc; đường kết nối tỉnh Thái Nguyên - Tuyên Quang; đường Hồ Núi Cốc; cải tạo, nâng cấp, xây dựng 15 tuyến đường huyện lên đường tỉnh.
