Още през 1918 г. проф. д-р Васил МОЛЛОВ учредява първите 3 лаборатории в Окръжната болница – клинична, изосерологична и паразитологична. През 1941 г. във Вътрешното отделение, ръководено от бъдещия чл.-кор. проф. Васил Цончев, се изгражда самостоятелна клинична лаборатория, която допринася за развитието на ревматологията, нефрологията и диабетологията в България.

Клиничната лаборатория е обособена като самостоятелно отделение чак през м. май 1945 от д-р Нисим ЛЕВИЕВ, който е един от първите наши специалистии по клинична лаборатория. За кратко време след пенсионирането му негов приемник е д-р ХРИСТОВА. От 1953 г. – чак до 1978 г. завеждаща е д-р Катерина ЯЗОВА, един завършен специалист, с безспорен принос в диагностично-лечебната работа на всички отделения. Пръв помощник й е неуморимият д-р Григоров. Тук последователно работят и лекарите д-р Хлебаров, д-р Шишков, д-р Д. Попова, д-р П. Станева, д-р Марекова, д-р Райна Кемилева (създател на Отделението по микробиология). Ръководители след д-р Язова са: д-р Ива СПАСОВА, д-р Кичка ДИМОВА, д-р Светлана НИКОЛОВА

От 2010 г. ръководител на Отделението по Клинична лаборатория е д-р Златка Михайлова. Тя е ученичка на доайена на българската клинична лаборатория проф. Стоян ДАНЕВ, който продължава да работи тук като консултант.

Старши медедицински лаборант е Недка Павлова.

Отчетът за работата на Клинична лаборатория за  2010 г. е: извършени са над 405000 изследвания, от които 70 000 хематологични, над 290 000 биохимични анализи; над 60 000 изследвания на кръвна захар, над 53 000 изследвания за кръвосъсирване. Направени са десетки хиляди изследвания и на амбулаторни пациенти. Общият брой изработени анализи от всички сектори през 2010 г. е 453 360. Разширена е номенклатурата от рутинни изследвания, като са добавени високоспециализирани – като хормони, туморни и кардиологични маркери. Усвоени са нови методи на работа.  Продължава разработването и внедряване на нови услуги към Болничната информационна система с оглед оптимизиране на лечебно-диагностичния процес в болницата и кабинетите на КДБ.