Trước năm 1908, vùng đất này thuộc châu Quỳnh Nhai, phủ Điện Biên, tỉnh Hưng Hóa[3].

Từ năm 1948 tới năm 1953, Quỳnh Nhai thuộc Liên khu Việt Bắc.

Từ năm 1953 tới năm 1955, Quỳnh Nhai thuộc khu Tây Bắc.

Từ năm 1955 tới năm 1962, Quỳnh Nhai thuộc khu tự trị Thái Mèo.

Từ năm 1962 tới năm 1975, Quỳnh Nhai thuộc khu tự trị Tây Bắc (đổi tên từ khu tự trị Thái Mèo).

Sau khi khu tự trị Tây Bắc giải thể, Quỳnh Nhai là huyện thuộc tỉnh Sơn La, gồm 6 xã: Cà Nàng, Chiềng Ơn, Mường Chiên, Mường Giôn, Pắc Ma, Pha Khinh.

Ngày 22 tháng 2 năm 1975, chia xã Mường Giôn thành 2 xã lấy tên là xã Mường Giôn và xã Chiềng Khay.[4]

Ngày 2 tháng 12 năm 2003, Chính phủ CHXHCN Việt Nam ban hành Nghị định số 148/2003/NĐ-CP, chuyển 25.911 ha diện tích tự nhiên và 26.659 người của các xã Mường Giàng, Chiềng Bằng, Mường Sại, Liệp Muội, Nặm Ét, Chiềng Khoang của huyện Thuận Châu về huyện Quỳnh Nhai[1].

Quỳnh Nhai là một trong 3 huyện của tỉnh Sơn La phải di chuyển dân ra khỏi vùng hồ thủy điện Sơn La, huyện Quỳnh Nhai đã xây dựng 10 khu tái định cư với 65 bản cho các hộ tái định cư.

Năm 2009, Quỳnh Nhai chuyển huyện lỵ từ xã Mường Chiên đến xã Mường Giàng trên trục đấu nối quốc lộ 279 với tỉnh lộ 107 (Sơn La), cách huyện lỵ cũ (nay thuộc phần lòng hồ thủy điện) khoảng 30 km về phía hạ lưu sông Đà.

Ngày 21 tháng 2 năm 2011, Chính phủ ban hành Nghị quyết số 10/NQ-CP.[5] Theo đó:

• Giải thể xã Liệp Muội (do nằm trong lòng hồ thuỷ điện Sơn La), điều chỉnh 872,25 ha diện tích tự nhiên và 919 người của xã Liệp Muội về xã Chiềng Bằng quản lý; điều chỉnh 1.212,75 ha diện tích tự nhiên và 1.238 người còn lại về xã Nậm Ét quản lý
• Điều chỉnh 613,8 ha diện tích tự nhiên và 1.494 người của xã Mường Sại về xã Chiềng Bằng quản lý
• Điều chỉnh 957,4 ha diện tích tự nhiên và 375 người của xã Chiềng Ơn về xã Mường Giàng quản lý
• Thành lập xã Pá Ma Pha Khinh trên cơ sở sáp nhập toàn bộ 4.948 ha diện tích tự nhiên và 1.629 nhân khẩu xã Pha Khinh, 5.544 ha diện tích tự nhiên và 1.453 nhân khẩu của xã Pắc Ma.

Huyện Quỳnh Nhai có 11 xã như hiện nay.