Уездная земская больница была открыта 8 июня 1846 г. (21 июня по новому стилю) и находилась в ведении Приказа общественного призрения. Лечебная работа началась с конца 1846 г. при развернутых 115 кроватях. Одновременно были открыты: дом ума лишенных, смирительный дом, рабочий дом и богадельня. Здание больницы с подсобными корпусами располагалось в верхней части города Пензы, в лесистой местности площадью 19,6 га. Главный корпус — каменное трехэтажное здание, обращенное фасадом на север, в котором располагались хирургическое, терапевтическое и сифилитическое отделения. Хирургическое отделение занимало второй этаж, где были развернуты операционная, перевязочная, палаты, ванные комнаты и клозеты. Терапевтические больные лечились на третьем этаже. Там же находился термо- и электролечебный кабинеты. В правой половине первого этажа располагалось сифилитическое отделение, а в левой — урологическое и отделение «костных заболеваний». Рядом находилось приемное отделение для стационарных больных, ванная комната, изолятор и амуничный склад. В стационаре работали два врача и семь фельдшеров.
Земская больница была первой базой подготовки среднего медицинского персонала того времени. В 1867 г. старший врач больницы Е. К. Розенталь открывает аптеку и в том же году фельдшерскую школу, которая к 1890 г. выпускает 261 фельдшера и 183 повитухи. Школа повитух функционировала сначала на базе родильного отделения, а затем была переведена в открытое учебное заведение. С 1874 по 1897 г. старшим врачом больницы назначается доктор медицины В. Д. Владимиров, который активно способствует внедрению асептики, улучшению деятельности фельдшерской школы. По его инициативе к обучению в фельдшерской школе допускаются девушки.
Только с 1894 г. в организации медицинской помощи населению принимают участие сестры милосердия общины. В 1918 г. после упразднения общины сестер милосердия медицинские сестры вошли в штат земской больницы.
В больнице создается «объединенный совет», который вырабатывает правила для всех сотрудников, а затем инструкции для фельдшеров, медицинских сестер, санитаров и другого больничного персонала. Объединенный совет анализировал работу врачей, принимая строгие меры административного характера в случаях нарушения функциональных обязанностей.