Thị trấn Kim Sơn được thành lập vào ngày 12 tháng 7 năm 1990 trên cơ sở điều chỉnh 121,6 ha diện tích tự nhiên và 2.726 người của xã Mường Nọc, 30 ha diện tích tự nhiên của xã Tiền Phong.[1]

Đến năm 2018, thị trấn Kim Sơn có diện tích 1,46 km², dân số là 3.500 người, mật độ dân số đạt 2.397 người/km².

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 831/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Nghệ An (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[3]. Theo đó, điều chỉnh 17,88 km² diện tích tự nhiên và 3.373 người của xã Mường Nọc, 4,10 km² diện tích tự nhiên và 1.024 người của xã Tiền Phong vào thị trấn Kim Sơn.

Sau khi điều chỉnh, thị trấn Kim Sơn có diện tích 23,44 km², dân số là 7.897 người.