Địa bàn huyện Bắc Trà My trước đây là một phần huyện Trà My cũ.

Ngày 20 tháng 6 năm 2003, Chính phủ ban hành Nghị định số 72/2003/NĐ-CP[1]. Theo đó, chia huyện Trà My thành hai huyện Bắc Trà My và Nam Trà My.

Khi mới thành lập, huyện Bắc Trà My có thị trấn Trà My và 11 xã: Trà Bui, Trà Đốc, Trà Đông, Trà Dương, Trà Giác, Trà Giang, Trà Giáp, Trà Ka, Trà Kót, Trà Nú, Trà Tân.

Ngày 8 tháng 3 năm 2007, thành lập xã Trà Sơn trên cơ sở điều chỉnh 4.295 ha diện tích tự nhiên và 2.939 người của thị trấn Trà My.[3]