Mường Tè bắt đầu thuộc lãnh thổ Việt Nam vào thời Lê sơ, năm 1432, khi Lê Thái Tổ đánh dẹp xong Đèo Cát Hãn, thu được đất Mường Lễ (vùng đất nay là tỉnh Lai Châu, đổi tên thành Phục Lễ). Đời Lê Thánh Tông, Mường Tè là một châu thuộc phủ An Tây thừa tuyên (xứ) Hưng Hóa của Đại Việt, thủ phủ của châu là địa bàn xã Mường Tè ngày nay. Theo Lê Quý Đônː Mường Tè chính là tên gọi bản địa (tức là thổ âm) của châu Tuy Phụ xứ Hưng Hóa nhà Lê[1]. Lê Quý Đôn viết rằngː "Từ châu Quảng Lăng trở lên, có châu Tuy Phụ (綏阜) thổ âm gọi là Mường Tè (芒齊), châu Hoàng Nham thổ âm gọi Mường Tông, châu Tung Lăng thổ âm gọi Phù Phang, châu Khiêm thổ âm gọi Mường Tinh, châu Lễ Tuyền thổ âm gọi Mường Bẩm, châu Hợp Phì thổ âm gọi Trình Mi, đều bị mất về Trung Quốc không biết từ đời nào?..." Cũng theo Lê Quý Đôn thì Mường Tè tức châu Tuy Phụ xứ Hưng Hóa nhà Lê đã bị mất sang lãnh thổ nhà Thanh vào khoảng thế kỷ 18 nhưng không biết từ năm nào. Một số sử quan nhà Nguyễn (trong đó có Nguyễn Văn Siêu, Phạm Thận Duật) thì cho rằng Hoàng Công Toản con trai Hoàng Công Chất, khi bị nhà Lê-Trịnh đánh dẹp đã chạy sang Trung Quốc và nộp các châu kể trên trong đó có châu Tuy Phụ cho nhà Thanh (khoảng những năm 1760-1770).

Qua thời nhà Tây Sơn quản lý Bắc Hà (1786-1802), đến thời Nhà Nguyễn độc lập (1802-1883), đất Mường Tè tức châu Tuy Phụ, cùng với 6 châu lân cận kể trên, không còn thuộc phủ An Tây trấn (sau là tỉnh) Hưng Hóa của Đại Việt cũng như Đại Nam (Việt Nam) nữa, mà thuộc lãnh thổ tỉnh Vân Nam Trung Quốc.

Sau năm 1954, huyện Mường Tè có 17 xã: Bum Nưa, Bum Tở, Chung Chải, Hua Bum, Ka Lăng, Kan Hồ, Mù Cả, Mường Mô, Mường Nhé, Mường Tè, Mường Toong, Nậm Khao, Pa Ủ, Pa Vệ Sủ, Sín Thầu, Tà Tổng, Thu Lũm.

Ngày 13 tháng 2 năm 1987, chia xã Bum Tở thành hai đơn vị hành chính lấy tên là xã Bum Tở và thị trấn Mường Tè (thị trấn huyện lỵ huyện Mường Tè).

Ngày 14 tháng 1 năm 2002, 4 xã: Sín Thầu, Chung Chải, Mường Nhé, Mường Toong chuyển sang trực thuộc huyện Mường Nhé[2] (nay huyện Mường Nhé thuộc tỉnh Điện Biên).

Từ đó, huyện Mường Tè có 1 thị trấn Mường Tè và 13 xã: Bum Nưa, Bum Tở, Hua Bum, Ka Lăng, Kan Hồ, Mù Cả, Mường Mô, Mường Tè, Nậm Khao, Pa Ủ, Pa Vệ Sủ, Tà Tổng, Thu Lũm.

Ngày 26 tháng 11 năm 2003, Quốc hội ra Nghị quyết trong đó chia tỉnh Lai Châu thành tỉnh Lai Châu (mới) và tỉnh Điện Biên; huyện Mường Tè thuộc tỉnh Lai Châu mới.[3]

Ngày 2 tháng 1 năm 2004, xã Nậm Hàng thuộc huyện Mường Lay chuyển về huyện Mường Tè. Đến thời điểm này, huyện Mường Tè có 3678,7 km2 diện tích tự nhiên và 51.000 người, có 15 đơn vị hành chính trực thuộc gồm các xã Bum Nưa, Bum Tở, Mường Mô, Mường Tè, Mù Cả, Ka Lãng, Thu Lũm, Nậm Khao, Kan Hồ, Hua Bun, Tà Tổng, Pa ủ, Pa Vệ Sủ, Nậm Hàng và thị trấn Mường Tè.[4]

Ngày 8 tháng 4 năm 2008, chia xã Nậm Hàng thành hai xã Nậm Hàng và Nậm Manh.[5]

Ngày 14 tháng 10 năm 2011, thành lập các xã Tá Bạ, Vàng San và thị trấn Nậm Nhùn thuộc huyện Mường Tè.[6]

Ngày 2 tháng 11 năm 2012, thành lập xã Nậm Chà thuộc huyện Mường Tè. Cùng năm này, thị trấn Nậm Nhùn và 5 xã: Hua Bum, Mường Mô, Nậm Chà, Nậm Hàng, Nậm Manh chuyển sang trực thuộc huyện Nậm Nhùn.[7] Huyện còn lại 1 thị trấn và 13 xã như hiện nay.