Địa giới của thị trấn Thiên Tôn hiện nay nằm trọn trong địa bàn của làng Đa Giá (thuộc xã Ninh Mỹ, huyện Hoa Lư trước đây).

Năm 1991, huyện lỵ huyện Hoa Lư chuyển từ thị xã Ninh Bình về làng Đa Giá.

Ngày 31 tháng 10 năm 2003, thị trấn Thiên Tôn được thành lập [1] trên cơ sở 200 ha diện tích tự nhiên và 3.621 nhân khẩu của xã Ninh Mỹ, 13,33 ha diện tích tự nhiên và 729 nhân khẩu của xã Ninh Khang và 2,59 ha diện tích tự nhiên của xã Ninh Giang.

Khi thành lập, thị trấn Thiên Tôn có 215,92 ha diện tích tự nhiên,dân số là 4.350 người, mật độ dân số đạt 2.014 người/km².