Sau khi Phayao được thành lập năm 1096 nó là một vương quốc thành quốc nhỏ. Vào thế kỷ 13 Phayao đã đạt được đủ tầm quan trọng ngang hàng với vương quốc Lannathai của Mengrai và vương quốc Sukhothai. Tuy nhiên sau đó vua của Lannathai đã chiếm được Phayao năm 1338, và nhập vào Lannathai. Trong thời kỳ đô hộ của Myanma, thành này bị bỏ hoang và năm 1897 trở thành một phần của tỉnh Chiang Rai. Tỉnh này được tách khỏi Chiang Rai để thành tỉnh Phayao ngày 28/8/1977.