덕성초등학교는 1949년 8월 31일 청주덕성공립국민학교로 설립 인가를 받아 동년 9월 1일 초대 임학순 교장이 부임하여 청주덕성공립국민학교로 신입생 1학년 3학급 136명을 모집하여 개교하였다. 대규모 영농을 하면서 충북상회와 남선상사주식회사를 운영하며 지역발전에 공헌해 온 서상찬님이 전답필지를 당시 청주농림학교에 희사하여 개교에 큰 도움을 주었다.

교사는 내덕동에 있는 청주공립농업학교 가축과 교실, 관리실 2동의 가교사에서 수업을 하였다. 그 전 까지는 지금의 충청북도 자연과학교육원에 위치한 교동초등학교나 주성초등학교로 다녔다.

1949년 1학년 3학급을 모집하였으나 1950년 6월 1일 의무교육제 실시와 동시 6.25 사변으로 무기한 중단하였다가 1951년 4월 수복 후 3학년만이 2학급으로 감축되어 다시 문을 열게 되었다.

학교 부지와 교실이 없어 청주농업고등학교에서 교육을 하다가 서병훈님(청주농고 초대 교감, 충북대 교수 역임)의 기여로 1953년부터 1955년까지 3년에 걸쳐 현재의 자리로 이전하게 되었고, 학교 설립에 공헌한 점을 인정받아 1975년 9월 14일 학교장으로부터 감사장을 수여 받았다.(감사장 내용 : 서병훈님, 귀하는 국민교육의 초석인 의무교육의 중요성을 통감하여 본교 창립당시부터 어려운 여건 하에서 학교 건설에 몸바쳐왔으며 온갖 역경을 이겨낸 희생정신이 오늘날 교육발전에 공헌한바 지대하므로 학교부형 및 주민의 뜻을 모아 이에 감사장을 드립니다. 1975년 9월 14일, 청주덕성국민학교장 이규채).

1953년 10월 1일 지금의 자리에 교실5, 숙직실, 창고, 변소​, 우물 등을 기공하여 그해 11월 30일 완공하고 1954년 2월 8일 5학년 1, 2반을 신 교사로 이전을 시작으로 동년 3월 15일 5학년 3반, 4학년 1, 2반을 이전하여 배움의 요람으로 자리를 잡기 시작하였으며, 1955년 3월 21일 남자 96명, 여자 62명 계 158명, 제1회 졸업식을 거행하였다.

1955년부터 본교 본관을 신축하기 시작하여 아동수가 늘어남에 따라 거의 매년 교실을 중축하게 되었고, 1977년에 와서 상수도 공사가 완공되어 수돗물을 식수로 사용하게 되었으며 1983년도에 후관에 수세식 변소를 만들어 사용하고, 1985년 교문 및 투시형 담장공사, 1986년 등나무 휴양대 설치, 1991년 야외 학습장 보수, 1992년 과학실, 컴퓨터실, 실험실 설치, 2000년대 들어서 SECOM 보안시설 정비, 지방자치단체에서 학교 숲 가꾸기 공사, 후관 바닥교체, 유리창 교체, 도색 공사를 실시하였으며 2003년 체육진흥공단에서 조성한 우레탄 트랙이 노후화되어 운동장을 초등학교 정식 인조잔디구장으로 또 지방자치단체의 도움을 받아 우레탄 트랙공사(2009.11.06 준공식) 등 오늘날의 아름다운 교정이 되어 많은 주민들의 휴식 공간으로도 이용되고 있다.

1964년 10월 10일 학구 변경으로 3개 학급을 우암초등학교로 편입 시켰으며, 덕벌초등학교, 내덕초등학교 개교로 덕성초등학교의 학구들이 개교되는 학구로 편입 되었고(기록은 없으나 졸업생들의 증언), 1992년 3월 2일 율량초등학교 신설로 덕성초등학교 학생 1504명이 이전하였으며, 1994년 3월 1일 새터초등학교 신설로 우리학교 어린이들이 새터 초등학교로, 2005년 3월 1일 사천초등학교의 신설로 21학급 초등 699명, 유치원 52명이 이전하여 명실상부 청주 북부지역 초등교육의 산실이 되었다.

1981년 4월 1일 덕성초등학교 병설 유아원을 개원하여 지역의 유아교육을 담당하게 되었고 수요가 증가되어 1987년 유아원 2학급으로 증설인가(80명) 받았으며 1998년도에는 덕성초등학교 실습지에 병설 유치원 독립 원사를 개원(6학급 206명, 특수학급 1학급 6명)하였고 2004년 3월 2일 덕성초등학교 병설 유치원이 덕성 유치원으로 분리 독립하기 까지 23회 동안 2,000여명의 유치원아를 배출하는 등 유아교육의 큰 축을 담당하게 되었다.

1993년 충청실업 전문대학의 유아교육 실습생을(3명) 시작으로 1998년 청주전문대 간호학과 20명이 양호교사 교육실습, 2006년 3월 1일부터 2년간 청주교육대학교 교육실습 협력학교 지정학교, 2009년 5월 4일부터 5월 30일 까지 서원대학교 식품영양학과 교육실습생을 받아 교육실습학교로서의 역할을 수행하여 교육자 양성에도 크게 공헌하였다.

우리학교의 사물놀이부는 그 명칭이 덕성 한얼소리 예술단으로 1998년 4월 1일에 창단되었으며, 우리 문화의 우수성을 알리고 우리 민족 문화에 대한 긍지와 자부심을 갖도록 운영하였으며, 전통 문화를 보급하면서 새롭게 발전시켜 왔다. 덕성 한얼소리 예술단은 그 동안 각종 공연 및 전국대회에서 우수한 성적을 거두었으며, 2004년에는 동아시아 어린이 공연 예술제와 2006년에는 아시아청소년 예술제에 참가하여 우리나라의 훌륭한 민족문화를 세계에 알리기도 하였다.

2009학년도 교원능력개발평가 시범학교를 운영하였고 2010학년도부터 2년간 청주교대 교육실습협력학교를 운영하는 등 문교부지정 연구학교, 교육부지정 연구학교, 충청북도지정 연구학교 등 다양한 주제로 연구학교와 시범학교를 운영하여 아동 교육에 앞서가는 덕성초등학교의 이름을 널리 알리게 되었다.

2018년 12월 3일에는 2018학년도 자율장학 및 학교교육과정 우수학교로 선정되어 교육감 표창을 받았다.

2023년 1월 10일 87명의 졸업생(69회, 총 22,893명)을 배출하였고 2023년 3월 1일 19학급으로 편성하였다.(일반학급 17학급, 특수학급 2학급)