Judicialmente, el Tribunal Superior de Justicia está compuesto por una Sala de Gobierno y tres Salas de Justicia (una sala de lo Social, una sala de lo Contencioso-Administrativo y una sala de lo Civil y Penal).

Geográficamente, el Tribunal Superior de Justicia de Castilla y León tiene dos sedes: La principal en Burgos, donde se ubica la Sala de Gobierno y la Sala de lo Civil y Penal junto la Sala de lo Social y la Sala de lo Contencioso-Administrativo para tratar los asuntos de las provincias de Ávila, Burgos, Segovia y Soria. La segunda sede se encuentra en Valladolid, donde se localizan delegaciones de la Sala de lo Social y la Sala de lo Contencioso-Administrativo para tratar lo asuntos de las provincias de León, Palencia, Salamanca, Valladolid y Zamora.

La Ley 6/1985, de 1 de julio, del Poder Judicial estableció la necesidad de crear un Tribunal Superior de Justicia en cada Comunidad Autónoma, que pasaría a asumir las competencias que llevaban hasta ese momento las Salas de lo Civil, lo Penal, lo Contencioso-Administrativo de las Audiencias Territoriales, además de asumir competencias en la jurisdicción social. De igual manera, la Ley 6/1985 estipula que las competencias de lo civil que continuaban asumiendo las Audiencias Territoriales sean gestionadas en su totalidad por las respectivas Audiencias Provinciales dentro de sus ámbitos de jurisdicción. Todos estos cambios provocan que la Audiencia Territorial de Valladolid quede como un órgano sin atribuciones definidas a la espera de crearse el Tribunal Superior de Justicia de Castilla y León.

Finalmente, el Tribunal Superior de Justicia de Castilla y León quedará constituido por un Acuerdo de 10 de mayo de 1989 del Pleno del Consejo General del Poder Judicial con una doble sede. Por un lado, una sede quedará ubicada en la misma ubicación de la extinta Audiencia Territorial de Burgos, donde se ubicará la Sala de Gobierno para todo el ámbito autonómico, la Sala de lo Civil y Penal para todos los asuntos de dichas jurisdicciones de la Comunidad Autónoma, pero también una Sala de lo Social y otra de lo Contencioso-Administrativo para los asuntos de dichas jurisdicciones en las provincias de Ávila, Burgos, Segovia y Soria. Por otro lado, la segunda sede se ubicará en Valladolid, donde desarrollaba su actividad la extinta Audiencia Territorial de Valladolid, y estará compuesta por una Sala de lo Social y otra de lo Contencioso-Administrativo para los asuntos de dichas jurisdicciones en las provincias de León, Palencia, Salamanca, Valladolid y Zamora.