Theo những bằng chứng dân tộc học, khảo cổ học cùng những kết quả nghiên cứu, điền dã thực địa của các nhà khoa học, nguồn gốc dân cư của vùng đất Tam Thanh ngày nay là người Thái.[3] Người Kinh, người Mường mới đến sinh sống tại xã từ năm 1988.

Trước Cách mạng tháng 8 năm 1945, xã Tam Thanh thuộc mường Mò, tổng Tam Lư, châu Quan Hóa. Tam Lư thời ấy gồm có mường Hạ, mường Sại, mường Mò, nay là các xã Tam Lư, Tam Thanh, Sơn Hà và thị trấn Sơn Lư.

Từ giai đoạn 1930 - 1938, Tam Lư gồm có 7 xã: xã Tam Lư, xã Hậu Lư, xã Sơn Lư, xã Thượng Lư, xã Hàm Lư, xã Trung Lư và xã Định Lư. Các làng bản xã Tam Thanh hiện nay, thời kỳ đó thuộc xã Thượng Lư.

Sau Cách mạng tháng 8 năm 1945, đến năm 1946, Chính quyền Cách mạng Việt Nam Dân chủ Cộng hòa đã sáp nhập 3 xã Thượng Lư, xã Trung Lư và xã Sơn Lư thành một xã và thống nhất lấy tên gọi là xã Tam Lư.

Thực hiện Quyết định số 19-HĐBT của Hội đồng Bộ trưởng, ngày 20 tháng 5 năm 1988: mục 6: “Chia xã Tam Lư thành 2 xã, lấy tên là xã Tam Lư và xã Tam Thanh. Xã Tam Thanh gồm hầu hết địa phận mường Mò. Trừ bản Hậu thuộc về xã Tam Lư.