Địa bàn xã Nghĩa Lộ hiện nay trước đây là thị trấn Nông trường Nghĩa Lộ thuộc huyện Văn Chấn.

Thị trấn Nông trường Nghĩa Lộ được thành lập vào năm 1967 theo Quyết định số 87-NV của Bộ Nội vụ.[4]

Ngày 10 tháng 1 năm 2020, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 871/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp huyện, cấp xã thuộc tỉnh Yên Bái (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 2 năm 2020)[1]. Theo đó, chuyển thị trấn Nông trường Nghĩa Lộ về thị xã Nghĩa Lộ quản lý và thành lập xã Nghĩa Lộ trên cơ sở toàn bộ 17,07 km² diện tích tự nhiên và 5.567 người của thị trấn Nông trường Nghĩa Lộ.