Thời Lê, vùng đất xã Thiệu Vân ngày nay thuộc tổng Đại Bối, huyện Đông Sơn, phủ Thiệu Thiên. Đến triều Gia Long, phủ Thiệu Thiên được đổi làm phủ Thiệu Hóa.[3]

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, thành lập huyện Thiệu Hóa, xã Thiệu Vân thuộc huyện Thiệu Hóa.

Năm 1977, cùng với các xã hữu ngạn sông Chu thuộc huyện Thiệu Hóa, xã Thiệu Vân được sáp nhập với huyện Đông Sơn thành huyện Đông Thiệu. Năm 1982 huyện Đông Thiệu đổi lại là huyện Đông Sơn, xã Thiệu Vân thuộc huyện Đông Sơn.

Năm 1996, xã Thiệu Vân trở lại huyện Thiệu Hóa mới tái lập.

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