Như đã nói trên, theo những điều ghi chép trong chính sử và Đại Nam nhất thống chí, được Đào Duy Anh dẫn lại trong cuốn Đất nước Việt Nam qua các đời, tên huyện Lập Thạch xuất hiện từ đời nhà Trần (1225-1400). Trong giai đoạn này huyện mang tên Lập Thạch thuộc châu Tam Đới, lộ Đông Đô. Đến đời nhà Lê, nhà Nguyễn, huyện Lập Thạch vẫn thuộc châu Tam Đới sau đổi tên là phủ Tam Đới, trấn Sơn Tây.

Tới năm Minh Mệnh thứ 2 (1821), phủ Tam Đới đổi tên là phủ Tam Đa và năm Minh Mệnh thứ ba (1822) thành lập tỉnh Vĩnh Yên. Huyện Lập Thạch vẫn giữ nguyên tên cũ và địa lý hành chính cũ bất di bất dịch cho tới ngày nay.

Trong thời kỳ này địa dư huyện Lập Thạch khá rộng, đến đầu thế kỷ 20 (năm 1903) huyện có tới 11 tổng (Bạch Lưu, Đạo Kỷ, Đông Định, Đông Mật, Hạ ích, Hoàng Chỉ, Nhân Mục, Sơn Bình, Thượng Đạt, Tử Du và Yên Xá) và bao gồm tới 81 làng. Tới năm 1927, do sáp nhập một số làng với nhau và phân bố lại một số tổng, huyện Lập Thạch còn 70 làng, vẫn giữ nguyên số lượng tổng tuy tổng Đông Định đổi tên thành tổng Đại Lượng và tổng Sơn Bình đổi thành tổng Bình Sơn.

Sau Cách mạng Tháng Tám Quốc hội và Chính phủ Việt Nam xoá bỏ cấp phủ và tổng là hai cấp trung gian, mở rộng cấp xã, nhỏ hơn tổng nhưng lớn hơn làng xã trước kia, bao gồm một số thôn xóm cũ. Nhiều tên xã mới ra đời và có xã lấy tên các anh hùng dân tộc, các liệt sĩ cách mạng, các nhà hoạt động chống Pháp đặt tên xã mình (như xã Hải Lựu đổi là xã Hồng Phong, xã Xuân Hoà là xã Quang Trung). Một số xã là sự kết hợp 2 từ đầu hoặc 2 từ cuối, hoặc 1 từ đầu 1 từ cuối trong hai thôn hợp nhất (như: xã Quang Yên là 2 thôn Quang Viễn và Yên Thiết hợp lại; Phương Khoan là Phương Ngạc + Khoan Bộ; Triệu Đề là Triệu Xá + Đại Đề). Cũng có xã thống nhất lấy một tên tiêu biểu nhất, chung cho cả các thôn trong xã mình, (xã Tứ Yên gồm 4 thôn: Yên Lập, Yên Lương, Yên Phú, Yên Kiều; xã Đôn Nhân gồm 4 thôn: Đôn Hạ, Đôn Mục, Đôn Thượng, Đôn Nhân).

Trải qua một số lần điều chỉnh địa dư và tên gọi, đến năm 1968 (năm hợp nhất Phú Thọ và Vĩnh Phúc thành tỉnh Vinh Phú), huyện Lập Thạch còn 38 xã. Trong suốt thời kỳ trực thuộc tỉnh Vĩnh Phú, huyện Lập Thạch có hai lần thay đổi địa lý hành chính: năm 1977 huyện Lập Thạch hợp nhất với huyện Tam Dương cùng với thị trấn Tam Đảo thành một huyện lấy tên là Tam Đảo, huyện lỵ đóng tại phố Miễu (Hoa Lư), xã Liễn Sơn. Năm 1978, huyện Tam Đảo lại được tách thành 2 huyện: Lập Thạch và Tam Đảo. Huyện Lập Thạch gồm 38 xã: Bắc Bình, Bạch Lưu, Bàn Giản, Bồ Lý, Cao Phong, Đạo Trù, Đình Chu, Đôn Nhân, Đồng Ích, Đồng Quế, Đồng Thịnh, Đức Bác, Hải Lựu, Hợp Lý, Lãng Công, Liên Hòa, Liễn Sơn, Ngọc Mỹ, Nhân Đạo, Nhạo Sơn, Như Thụy, Phương Khoan, Quang Sơn, Quang Yên, Sơn Đông, Tam Sơn, Tân Lập, Thái Hòa, Tiên Lữ, Triệu Đề, Tử Du, Tứ Yên, Văn Quán, Vân Trục, Xuân Hòa, Xuân Lôi, Yên Dương, Yên Thạch; huyện lỵ được chuyển về đóng tại Xuân Hòa. Ngày 11-1-1996, thành lập thị trấn Lập Thạch - thị trấn huyện lị huyện Lập Thạch từ phần đất của xã Xuân Hòa.

Từ ngày 1 tháng 1 năm 1996, huyện Lập Thạch có 39 đơn vị hành chính cấp cơ sở (38 xã và 1 thị trấn). Tới năm 2000 các khu dân cư thuộc các xã, thị trấn trong huyện được đổi thành các thôn, làng và khu phố. Toàn huyện có 422 thôn, làng, khu phố, trong đó có 389 thôn, 27 làng và 6 khu phố. Đến năm 2003 Ủy ban nhân dân tỉnh Vĩnh Phúc công nhận các thôn và tổ dân phố hiện có của tỉnh Vĩnh Phúc, trong đó huyện Lập Thạch có 411 thôn thuộc 38 xã và 11 tổ dân phố thuộc thị trấn Lập Thạch. Năm 9 tháng 12 năm 2003, Chính phủ ra nghị định về việc thành lập thị xã Phúc Yên và huyện Tam Đảo, huyện Lập Thạch chuyển 3 xã Bồ Lý, Đạo Trù, Yên Dương về huyện Tam Đảo mới. Sau khi điều chỉnh, từ ngày 1 tháng 1 năm 2004 huyện Lập Thạch còn lại 32.30,17 ha diện tích tự nhiên và 207.326 nhân khẩu với 36 đơn vị hành chính trực thuộc (gồm 35 xã và 1 thị trấn), vẫn là huyện rộng nhất của tỉnh Vĩnh Phúc[5]. Ngày 4 tháng 4 năm 2008, thành lập thị trấn Hoa Sơn từ phần đất của các xã Liễn Sơn, Thái Hòa và chuyển xã Tam Sơn thành thị trấn Tam Sơn. Ngày 23 tháng 12 năm 2008, tách thị trấn Tam Sơn và 16 xã: Bạch Lưu, Cao Phong, Đôn Nhân, Đồng Quế, Đồng Thịnh, Đức Bác, Hải Lựu, Lãng Công, Nhạo Sơn, Nhân Đạo, Như Thụy, Phương Khoan, Quang Yên, Tân Lập, Tứ Yên, Yên Thạch để thành lập huyện Sông Lô.