Trước đây, Thiệu Dương là một xã nằm ở bờ nam sông Mã, gồm hai làng là Dương Xá Nội (phía trong đê sông Mã) và Dương Xá Ngoại (phía ngoài đê sông Mã) [3], gọi chung là làng Dương Xá hay làng Giàng.

Trước công nguyên, vào thời thuộc Hán, vùng Dương Xá có tên gọi là Tư Phố, là quận trị của quận Cửu Chân[3].

Theo sử sách, địa bàn xã Thiệu Dương là thủ phủ của trấn Thanh Hóa cho tới thời nhà Nguyễn.

Đầu thế kỉ 19 (triều Nguyễn), Dương Xá thuộc tổng Đại Bối, huyện Đông Sơn, phủ Thiệu Hóa (trước là phủ Thiệu Thiên).

Năm 1900, hai tổng Vận Quy và Đại Bối của huyện Đông Sơn được chuyển vào huyện Thuỵ Nguyên, cùng phủ Thiệu Hóa.

Sau Cách mạng Tháng Tám, huyện Thiệu Hóa được thành lập, xã Thiệu Dương thuộc huyện Thiệu Hóa.

Năm 1977, cùng với các xã hữu ngạn sông Chu thuộc huyện Thiệu Hóa, xã Thiệu Dương được sáp nhập với huyện Đông Sơn thành huyện Đông Thiệu, xã Thiệu Dương thuộc huyện Đông Thiệu.

Năm 1982, huyện Đông Thiệu đổi lại là huyện Đông Sơn, xã Thiệu Dương thuộc huyện Đông Sơn. Năm 1996, xã Thiệu Dương trở lại huyện Thiệu Hóa mới tái lập.

Ngày 29 tháng 2 năm 2012, xã Thiệu Dương được chuyển từ huyện Thiệu Hóa về thành phố Thanh Hóa.[4]

Ngày 9 tháng 12 năm 2020, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 1108/NQ-UBTVQH14 về việc thành lập các phường thuộc thành phố Thanh Hóa[1]. Theo đó, thành lập phường Thiệu Dương trên cơ sở toàn bộ 5,71 km² diện tích tự nhiên và 13.122 người của xã Thiệu Dương.