Phường Châu Sơn trước đây vốn là phường Lương Châu và xã Vinh Sơn cũ.

Phường Lương Châu được thành lập vào ngày 11 tháng 4 năm 1985 theo Quyết định số 113-HĐBT của Hội đồng Bộ trưởng[3].

Xã Vinh Sơn được thành lập vào năm 1999 trên cơ sở điều chỉnh 410 ha diện tích tự nhiên và 904 người của xã Bá Xuyên; 382 ha diện tích tự nhiên và 1.119 người của xã Cải Đan.[4]

Sau khi thành lập, xã Vinh Sơn có diện tích 792 ha, dân số là 2.023 người.

Trước khi sáp nhập, phường Lương Châu có diện tích 2,37 km², dân số là 2.904 người, mật độ dân số đạt 1.225 người/km². Xã Vinh Sơn có diện tích 8,29 km², dân số là 2.724 người, mật độ dân số đạt 329 người/km².

Ngày 21 tháng 11 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 814/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Thái Nguyên (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[1]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của xã Vinh Sơn vào phường Lương Châu để thành lập phường Châu Sơn.