Thị trấn Tam Đảo được hình thành từ thời Pháp thuộc. Sau năm 1954, khu nghỉ mát Tam Đảo trở thành một xã thuộc huyện Tam Dương.

Ngày 18 tháng 11 năm 1966, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định số 198-CP về việc thành lập thị trấn Tam Đảo trực thuộc tỉnh Vĩnh Phúc.

Năm 1968, tỉnh Vĩnh Phúc hợp nhất với tỉnh Phú Thọ thành tỉnh Vĩnh Phú, thị trấn Tam Đảo thuộc tỉnh Vĩnh Phú.

Ngày 5 tháng 7 năm 1977, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định số 178/CP sáp nhập thị trấn Tam Đảo vào thị xã Vĩnh Yên[2].

Ngày 9 tháng 12 năm 2003, Chính phủ ban hành Nghị định 153/2003/NĐ-CP về việc thành lập huyện Tam Đảo trên cơ sở tách 3 xã thuộc huyện Lập Thạch, 4 xã thuộc huyện Tam Dương, 1 xã thuộc huyện Bình Xuyên và thị trấn Tam Đảo thuộc thị xã Vĩnh Yên[3]. Theo đó, thị trấn Tam Đảo chuyển sang trực thuộc huyện Tam Đảo.

Tuy nhiên, thị trấn Tam Đảo không phải là huyện lỵ của huyện Tam Đảo; các cơ quan hành chính của huyện đóng tại xã Hợp Châu (nay là thị trấn Hợp Châu).