Trước đây vùng hồ Than Thở có một cái ao gọi là Tơnô Pang Đòng. Vào năm 1917, người Pháp đắp đập, xây dựng hồ chứa nước cung cấp nước sinh hoạt cho thành phố Đà Lạt hình thành nên hồ rộng như ngày nay, đặt tên hồ là Lacdes Soupirs với nghĩa thứ hai (tiếng rì rào), nhưng khi dịch sang tiếng Việt lại dịch theo nghĩa thứ nhất (than thở).

Theo ông Hiền Trưởng phòng tư liệu Sở Văn hóa, Thể thao và Du lịch Đà Lạt thì dựa trên đề xuất của ông Nguyễn Vĩ, chủ tịch Hội đồng thị xã Đà Lạt lúc bây giờ, nên hồ được đổi từ tên Pháp ra tên Việt thành hồ Than Thở[3]. Sự kiện đổi tên này diễn ra năm 1956[4]. Từ năm 1975 hồ Than Thở được đổi tên thành hồ Sương Mai, nhưng người dân Đà Lạt mỗi khi nhắc đến hồ đều gọi là hồ Than Thở nên sau đó hồ được khôi phục lại tên cũ[3] vào năm 1990[4].

Trong thập niên 1980-1990 rừng thông cổ thụ quanh hồ bị tàn phá. Những cây thông non tuy được trồng lại nhưng làm mất nét thâm u cô tịch xưa. Lòng hồ bị bồi lắng, thu hẹp vì các hoạt động nông nghiệp vùng thượng lưu khiến nước hồ không còn xanh như trước.

Năm 1997 giới chức địa phương cho phép Công ty Du lịch Thùy Dương, một doanh nghiệp ở thành phố Hồ Chí Minh bỏ vốn trồng rừng, nạo vét hồ, chống bồi lắng, và xây dựng các khu vui chơi giải trí nhằm bảo toàn thắng cảnh này.

Năm 1999, hồ được nhà nước công nhận là danh thắng cấp quốc gia[5].