* Từ thời Hùng Vương đến trước khi thực dân Pháp xâm lược:
Từ thủa vua Hùng dựng nước, Sơn La thuộc bộ Tân Hưng. Sau đó đến thời Lý, vùng đất này thuộc đạo Lâm Tây. Qua một thời gian có tên gọi đạo Đà Giang. Đến năm 1397, dưới triều Trần, Sơn La nằm trong trấn Thiên Hưng. Đây là thời kỳ đồng bào các dân tộc cùng chung sức khai sơn, phá thạch, dựng nên nhiều châu, mường như:
Mường Muổi: Nhà Trần biên chép vào sổ sách là Mỗi Châu, đến thời Lê đổi thành Thuận Châu. Trung tâm Mường Muổi là Chiềng Ly (còn gọi là Chiềng Pha). Các mường nhỏ thuộc phạm vi Mường Muổi, gồm có: Mường Sại (Chiềng Muôn), Mường Piềng (Chiềng Khoang, Chiềng Pấc), Mường É (Chiềng Ve), Mường La (Châu Sơn La), Mường Quài (Châu Tuần Giáo), Mường Mụa (Châu Mai Sơn).
Mường Cây: Nhà Lê chép vào sử sách là Quỳnh Nhai, trung tâm châu mường đặt ở Mường Xo, gồm các mường nhỏ: Mường Chiên (Chiềng Phung), Mường Cây (Quỳnh Nhai), Mường Than (Than Uyên), Mường Mả (Lương Tiên), Mường Sát (Dương Quỳ), Mường Bo (Cam Đường), Mường Xo (Phong Thổ), Mường Kim, Mường Tháo (Văn Bàn).
Mường Tấc: Sử sách nhà Lê chép là châu Phù Hoa. Đến năm Minh Mệnh thứ 19 (năm 1838) đổi gọi là châu Phù Yên. Trung tâm châu mường đặt ở Viềng Tấc (nay là Bản Viềng), gồm các mường nhỏ: Mường Pùa, Mường Muông, Mường Do, Mường Lang, Mường Át, Mường Cúc (Thu Cúc), Mường Tòng, Mường Tèng (Lai Đồng), Mường Vân, Mường Veng (Xuân Đài) nay thuộc Phú Thọ.
Mường Sang (còn gọi là Mường Móc do có sương mù bao phủ): Sử sách nhà Lê ghi là Mộc Châu. Mộc Châu trước có 23 mường động. Do địa thế quá rộng, nên năm Cảnh Hưng thứ 36 (năm 1775) chia làm ba châu Đà Bắc, Mã Nam và Mộc Châu. Trung tâm châu mường đặt ở Mường Sang, gồm các mường nhỏ: Mường Chiềng Kỳ (Đà Bắc), Mường Ét, Chiềng Cọ (Mã Nam), Chiềng Đi, Chiềng Ban (Tú Nang), Pơ Tao, Chiềng Cang, Chiềng Ve, Xuân Nha.
Mường Vạt: Sử sách nhà Trần ghi là Mường Việt, nhà Lê ghi là Việt Châu. Năm Minh Mệnh thứ 3 (năm 1822) đổi Việt Châu thành Yên Châu. Trung tâm châu mường đặt ở Chiềng khoong, nên còn có tên là Chiềng Khoong, bao gồm các mường nhỏ: Chiềng Đông, Chiềng Sàng, Mường Khoa, Mường Lựm, Mường Ái.
Đến thời Nguyễn, các châu mường kể trên thuộc vào phủ Gia Hưng (các châu Sơn La, Mai Sơn, Phù Yên, Mộc, Yên); Phủ Điện Biên (hai châu Quỳnh Nhai, châu Thuận). Dưới các châu, nhà Nguyễn chia thành các động, sau đổi ra tổng. Trong đó, châu Sơn La gồm có Mường La, Mường Trai (Chiềng Nghiêm, Hiếu Trai), Mường Bú (Chiềng Biên), Mường Chùm, Mường Chiến (Ngọc Chiến); Châu Mai Sơn gồm có Mường Mụa, Mường Bon, Mường Chanh, Mường Hung, Mường Chiềng Cang; Châu Phù Yên gồm có Quang Huy, Tường Phù, Gia Phù, Tường Phong, Tân Phong; Châu Mộc gổm có Mộc Thượng, Mộc Hạ, Hướng Càn, Xuân Nha, Quy Hướng, Tú Nang; Châu Yên gồm có Mường Vạt, Mường Khoa, Mường Sàng; Châu Quỳnh Nhai gồm có Yên Trạch, Dương Dị, Yên Trình, Mường Tè; Châu Thuận gồm có Mường Muổi, Mường Lầm, Mường Sại, Mường Piềng, Chiềng Pấc.
Châu, mường ở Sơn La là lãnh địa tập hợp từ 4 mường nhỏ (mường phìa) trở lên. Lúc đầu mường phìa được gọi là lộng (tức là động). Lộng là bản khá lớn, thu phục nhiều bản nhỏ vào tầm ảnh hưởng của mình. Mường phìa sở tại được gọi là mường phìa trong châu (mường phìa cuông chu) để phân biệt với mường phìa ngoài (mường phìa nọ). Ly sở của mường phìa được gọi là mường hoặc chiềng.
Đứng đầu mỗi châu mường là án nha - tương đương với các chức vụ phụ đạo, tri châu hay thổ tù. Án nha có thông lại, thư lại giúp việc; Có quyền tiến cử người đứng đầu mường phìa (phìa lý - tức lý trưởng, phìa phó – tức phó lý) để trông coi. Mỗi mường phìa lại có hội đồng bô lão, các chức ông xen, ông pọng, ông ho luông, ông quan cuông và các chức vụ cấp thấp hơn như xự, lô, chá, chiếng, giúp vào các việc an ninh, truyền đạt mệnh lệnh, làm tạp dịch cùng các tạo bản, quan bản làm việc tạp dịch.
* Thời kỳ Pháp thuộc
Tháng 4/1884, quân Pháp chia làm hai mũi đánh chiếm Hưng Hóa, do các tướng Brie đờ Lin và Nêgriê chỉ huy. Sau khi chiếm được tỉnh thành, đại tá Đuysetnơ được giao việc quản lý và tiến hành các cuộc hành quân chống lại cuộc phản kháng do Nguyễn Quang Bích lãnh đạo.
Tháng 6/1885, Hưng Hóa được đặt trong địa hạt của Quân khu miền Tây do Lữ đoàn 1 đảm trách. Ngày 24/ 5 /1886, Tổng trú sứ Trung - Bắc Kỳ ra Nghị định chuyển châu Sơn La thành đơn vị hành chính tương đương cấp tỉnh do viên Công sứ Pháp điều hành. Ngày 20/3/1888, để các hoạt động quan sự độc lập hơn và không lệ thuộc vào viên Công sứ dân sự, nhà cầm quyền Pháp cho phép thực hiện ở Sơn La chế độ Tài phán quân sự và cử thiếu tá Đờ Satôrôsê, Chỉ huy trưởng Quân sự Sơn La - thượng lưu sông Đà, làm Phó Công sứ.
Theo sự điều chỉnh của giới quân sự Pháp, từ tháng 4/1890, Sơn La thuộc Tiểu quân khu Sơn La với các đồn binh Sơn La, Tạ Chan, Vạn Yên, cùng các Tiểu quân khu Lai Châu, Tiểu quân khu Nghĩa Lộ hợp thành Quân khu Sơn La. Đồng thời, để giới quân sự có nhiều quyền lực trong việc đàn áp các cuộc nổi dậy. Ngày 20/8/1891, Toàn quyền Đông Dương ban hành Nghị định thành lập 4 Đạo quan binh ở Tây Bắc và Việt Bắc. Đến ngày 4/9/1891, chính quyền thực dân ban hành tiếp Nghị định quy định địa bàn của Đạo quan binh Sơn La (còn gọi là Đạo quan binh thứ 4) bao gồm địa hạt Sơn La và các tổng Yên Lũng, Kiệt Sơn, Xuân Đài (tách từ huyện Thanh Sơn, phủ Gia Hưng, tỉnh Hưng Hóa) và tổng Cự Thắng (tách ra từ huyện Thanh Thủy, phủ Gia Hưng, tỉnh Hưng Hóa); Thủ phủ đặt tại Sơn La, do viên trung tá làm Tư lệnh.
Ngày 27/2/1892, Toàn quyền Đông Dương ra Nghị định chia Đạo quan binh Sơn La thành Tiểu quân khu Vạn Bú, bao gồm phủ Vạn Yên (châu Mộc, châu Phù Yên), phủ Sơn La (các châu Sơn La, Yên, Mai Sơn, Thuận, Tuần Giáo, Điện Biên); Tiểu quân khu phụ Lai Châu gồm châu Lai, châu Luân, châu Quỳnh Nhai và mường Phong Thổ.
Ngày 10/10/1895, Toàn quyền Đông Dương ban hành Nghị định xóa bỏ Tiểu quân khu Vạn Bú và Lai Châu, lập tỉnh Vạn Bú, bao gồm toàn bộ đất đai của Đạo quan binh Sơn La. Tỉnh lỵ đặt tại bản Pá Giang, tổng Hiếu Trai.
Ngày 7/5/1904, Toàn quyền Đông Dương ra nghị định chuyển Tỉnh lỵ Vạn Bú từ Pá Giang về Chiềng Lề. Ngày 23/8/1904, Toàn quyền Đông Dương lại ra đề nghị định đổi tên tỉnh Vạn Bú thành tỉnh Sơn La, cho phép có ngân sách hàng tỉnh riêng. Lúc đó, tỉnh Sơn La bao gồm các châu: Châu Thuận, Mường La, Mai Sơn, Châu Yên, Châu Mộc, Phù Yên, Tuần Giáo, Điện Biên, Châu Lai, Quỳnh Nhai và phủ Luân Châu.
Ngày 28/6/1909, Toàn quyền Đông Dương ra nghị định tách các châu Quỳnh Nhai, Điện Biên, Tuần Giáo, Châu Lai và phủ Luân Châu thành lập tỉnh Lai Châu. Tỉnh Sơn La còn lại 6 châu, bao gổm: Châu Thuận, Mường La, Mai Sơn, Châu Yên, Châu Mộc, Phù Yên.
* Từ Cách mạng tháng Tám đến nay
Sau Cách mạng Tháng Tám năm 1945 và trong 9 năm kháng chiến chống thực dân Pháp, Sơn La thuộc Chiến khu II, Liên khu Việt Bắc, Liên khu X, Khu XIV và khu Tây Bắc. Trong đó, từ năm 1948 đến tháng 1/1952, Sơn La hợp nhất với Lai Châu thành tỉnh Sơn Lai. Ngày 12/1/1952, Thủ tướng Chính phủ ra nghị định tách hai tỉnh như cũ. Sau chiến dịch Tây Bắc thắng lợi (tháng 12/1952), Khu ủy Tây Bắc quyết định chuyển huyện Thuận Châu về Lai Châu. Đến tháng 2/1954, Thuận Châu lại thuộc Sơn La. Đầu năm 1953, Khu ủy Tây Bắc quyết định thành lập huyện Sông Mã, bao gồm vùng Mường Hung (huyện Mai Sơn), Mường Lầm (huyện Thuận Châu), Sốp Cộp (huyện Điện Biên, tỉnh Lai Châu).
Từ tháng 5/1955 đến tháng 10/1962, các châu (huyện) của Sơn La trực thuộc Khu tự trị Thái Mèo, không có cấp tỉnh. Tháng 10/1961, thị xã Sơn La được thành lập.
Nghị quyết Quốc hội khóa II, kỳ họp thứ V, ngày 27/10/1962 đổi tên Khu Tự trị Thái Mèo thành Khu Tự trị Tây Bắc, lập lại các tỉnh thuộc khu Tây Bắc, bao gồm: Sơn La, Lai Châu và Nghĩa Lộ. Ngày 24/12/1962, Sơn La chính thức tái lập. Huyện Quỳnh Nhai trước thuộc Lai Châu nay thuộc Sơn La, huyện Phù Yên (bao gồm cả Bắc Yên ngày nay) của tỉnh Sơn La thuộc về Nghĩa Lộ. Địa dư của tỉnh Sơn La gồm có thị xã Sơn La và 7 huyện Thuận Châu, Quỳnh Nhai, Mường La, Mai Sơn, Sông Mã, Yên Châu và Mộc Châu.
Ngày 17/8/1964, Hội đồng Chính phủ ra Quyết định số 128-CP, chia huyện Phù Yên của tỉnh Nghĩa Lộ thành hai huyện Bắc Yên và Phù Yên.
Ngày 27/12/1975, kỳ họp thứ 2 Quốc hội Khóa V ra Nghị quyết bỏ cấp khu trong hệ thống các đơn vị hành chính và hợp nhất một số tỉnh. Tháng 1/1976, hai huyện Phù Yên và Bắc Yên của tỉnh Nghĩa Lộ thuộc về tỉnh Sơn La.
Cùng với những thăng trầm lịch sử, nhân dân các dân tộc tỉnh Sơn La đã hòa chung nhịp sống của đại gia đình các dân tộc Việt Nam, góp phần bồi đắp cho truyền thống lịch sử, văn hóa nước Việt. Và trong mỗi giai đoạn lịch sử, vùng đất này đều có những bước phát triển mới, không ngừng tích lũy nội lực để vươn lên xứng tầm vị thế thủ phủ Tây Bắc trong thời kỳ đổi mới, công nghiệp hóa, hiện đại hóa.