Thị trấn Tam Đảo được hình thành từ thời Pháp thuộc. Trước năm 1966, Tam Đảo là 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.

Ngày 26 tháng 1 năm 1968, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ra Nghị quyết số 504/NQ-QH về việc hợp nhất tỉnh Vĩnh Phúc và 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.[3]

Ngày 9 tháng 12 năm 2003, Chính phủ ban hành Nghị định số 153/2003/NĐ-CP[4]. Theo đó, chuyển thị trấn Tam Đảo về huyện Tam Đảo mới thành lập.

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).