Phần lớn địa bàn thị trấn Nga Sơn hiện nay trước đây là hai xã Nga Mỹ và Nga Hưng thuộc huyện Nga Sơn.

Ngày 23 tháng 12 năm 1988, Hội đồng Bộ trưởng ban hành Quyết định số 188-HĐBT. Theo đó, thành lập thị trấn Nga Sơn, thị trấn huyện lỵ huyện Nga Sơn trên cơ sở tách một phần diện tích và dân số của hai xã Nga Mỹ và Nga Yên.[1]

Đến năm 2018, thị trấn Nga Sơn có diện tích 1,11 km², dân số là 4.040 người, mật độ dân số đạt 3.640 người/km², gồm 6 tiểu khu: 1, 2, 3, 4, Ba Đình, Hưng Long. Xã Nga Mỹ có diện tích 3,66 km², dân số là 4.686 người, mật độ dân số đạt 1.280 người/km², gồm 8 thôn từ 1 đến 8. Xã Nga Hưng có diện tích 2,31 km², dân số là 3.474 người, mật độ dân số đạt 1.504 người/km², gồm 8 thôn từ 1 đến 8.

Ngày 16 tháng 10 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 786/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Thanh Hóa (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 12 năm 2019)[2]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của các xã Nga Mỹ và Nga Hưng vào thị trấn Nga Sơn.