Trước đây, Sơn Thịnh là một xã thuộc huyện Văn Chấn.

Ngày 15 tháng 5 năm 1995, thị trấn Nghĩa Lộ thuộc huyện Văn Chấn được tách ra để tái lập thị xã Nghĩa Lộ, huyện lỵ huyện Văn Chấn được dời về xã Sơn Thịnh.

Ngày 10 tháng 1 năm 2020, Ủy ban thường vụ thông qua Nghị quyết 871/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính thuộc tỉnh Yên Bái.[1] Theo đó, thành lập thị trấn Sơn Thịnh, thị trấn huyện lỵ huyện Văn Chấn trên cơ sở toàn bộ 31,52 km2 diện tích tự nhiên và 8.831 người của xã Sơn Thịnh.