Phường Nam Thanh trước đây vốn là thị trấn Mường Thanh thuộc huyện Điện Biên, được thành lập vào ngày 22 tháng 12 năm 1997 trên cơ sở điều chỉnh 356,25 ha diện tích tự nhiên và 5.276 người của xã Thanh Xương.[1]

Ngày 26 tháng 11 năm 2003, Chính phủ ban hành Nghị định số 110/2003/NĐ-CP[2]. Theo đó, chuyển thị trấn Mường Thanh về thành phố Điện Biên Phủ quản lý thành lập phường Nam Thanh thuộc thành phố Điện Biên Phủ trên cơ sở toàn bộ diện tích, dân số của thị trấn Mường Thanh.

Sau khi thành lập, phường có diện tích 3,56 km², dân số là 8.520 người, mật độ dân số đạt 2.393 người/km².

Ngày 21 tháng 11 năm 2019, Ủy ban thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 815/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp huyện, cấp xã thuộc tỉnh Điện Biên (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[4]. Theo đó, điều chỉnh 0,27 km² diện tích tự nhiên và 540 người của xã Thanh Hưng thuộc huyện Điện Biên về phường Nam Thanh quản lý.

Sau khi điều chỉnh, phường Nam Thanh có diện tích 5,13 km², dân số là 8.156 người.