Xã Thành Lâm vào thời Lê-Nguyễn là vùng đất thuộc huyện Cẩm Thủy, phủ Thiệu Thiên, Thanh Hóa[4]. Đến năm Thành Thái thứ 14 (1902), thuộc tổng Cổ Lũng, châu Quan Hóa. Vào năm Khải Định thứ 10 (1925), tổng Cổ Lũng chuyển về châu Tân Hóa mới thành lập[5]. Năm 1943, tổng Cổ Lũng nhập với tổng Thiết Ống thành một bang của châu Quan Hóa. Sau Cách mạng tháng Tám (1945), tổng Cổ Lũng thuộc châu Tân Hóa mới tái lập, đến tháng 11 năm 1945, châu Tân Hóa đổi thành châu Bá Thước theo tên của thủ lĩnh Cầm Bá Thước trong phong trào Cần vương[6].

Tháng 3 năm 1948, xã Thành Lâm lúc này là vùng đất thuộc xã Quốc Thành, huyện Bá Thước[6]. Năm 1964, xã Quốc Thành được chia thành 5 xã là Lũng Cao, Thành Sơn, Thành Lâm, Lũng Niêm và Cổ Lũng[7], tên gọi Thành Lâm chính thức xuất hiện từ đây. Sau khi thành lập, xã Thành Lâm gồm các chòm: Cốc, Đanh, Chu, Mỏ Măng, Leo, Đôn, Ngòn và Bầm[8].

Vùng đất Thành Lâm này có lịch sử từ rất sớm. Qua lịch sử nghiên cứu và sưu tầm Thanh Hóa và địa phương thời kỳ đầu nhà Nguyễn tháng 7 năm 1802 Nguyễn Ánh (Có thực dân Pháp viện trợ) diệt xong nhà Tây Sơn lên ngôi hoàng đế, lấy niên hiệu là Gia Long đóng đô tại Phú Xuân (Huế ngày nay).

Gia Long chia cả nước thành 23 trấn, 4 doanh. Thời này xã Thành Lâm thuộc sách Cổ Lũng, tổng Hữu Lũng, huện Cẩm thủy, phủ Thiệu thiên, trấn Thanh Hoa.

Đến năm Minh Mạng thứ XVI (1835) sách Cổ Lũng đổi tên thành Tổng Cổ Lũng, châu Quan Hóa, phủ Thọ Xuân, trấn Thành Hóa (Thành Lâm thuộc tổng Cổ Lũng).

Năm Tự Đức thứ 3 (1851) chế độ phong kiến chia làm 4 tổng: xa Long, thiết Ống, Cổ Lũng, Điền Lư thuộc châu Quan Hóa.

- Năm Khải Định thứ X (1925) thực dân pháp và triều đình Huế cắt 4 tổng trên lập châu mới gọi là châu Tân Hóa. Châu Tân Hóa gồm 30 xã, 211 chòm, bản, 166 hộ, 821 khẩu, 165 mẫu ruộng.

- Năm 1943 chính quyền phong kiến chia châu Tân Hóa thành 2 phần, phần phía Đông gọi là tổng Xa Long và tổng Điền Lư nhập vào châu Cẩm Thủy. Phần phía Tây là tổng Cổ Lũng và tổng Thiết Ống thành một bang thuộc châu Quan Hóa.

Trước cách mạng Tháng tám 1945, tổng Cổ Lũng được chia thành 11 xã, bao gồm các xã: Lũng Cao, Lũng Niêm, Lũng Tiềm, Lũng Bố, Lũng Vân, Lũng Cốc, Vũ Cao, Vũ Lang, Pa Khán, Thịnh Đức, Cổ Lũng.

- Xã Thành Lâm thuộc Mường Khoòng (Tổng Cổ Lũng) dưới sự cai quản của Đạo Mương, chánh tổng là Hà Công Tổng (là chánh tổng cuối cùng của chế độ phong kiến).

- Sau cách mạng tháng 8 năm 1945 4 tổng cũ của châu Tân Hóa nhập lại lấy tên là Châu Tân Hóa như cũ. Châu sở đóng tại La Hán xã Ban Công.

- Tháng 11 năm 1945, Ủy ban hành chính tỉnh Thanh Hóa quyết định đổi châu Tân Hóa thành châu Bá Thước để nhớ ơn thủ lĩnh Cần Vương Thanh Hóa - Thủ lĩnh phong trào Cần Vương Cầm Bá Thước người dân tộc thái quê huyện Thường Xuân đã có nhiều công xây dựng và bảo vệ quê hương.

Tháng 6 năm 148, thực hiện sắc lệnh 198-SL/CT của chủ tịch Chính phủ Việt Nam Dân chủ cộng hòa, đơn vị hành chính châu Bá Thước được đổi sang đơn vị hành chính cấp huyện. Huyện Bá Thước lúc này được chia thành 7 xã đó là các xã: Văn Nho, Thiết Ống. Quốc Thành, Long Vân, Hồ Điền, Quý Lương, Ban Công (Thành Lâm là 1 trong 5 đơn vị hành chính xã Quốc Thành). Từ năm 1947 đến 1949 xã Quốc Thành bị quân Pháp chiếm đóng 2 lần và đóng đồn tại Cổ Lũng. Do dó Thành Lâm gặp rất nhiều khó khăn trong phát triển KT-XH trong giai đoạn này.

- Ngày 2/4/1964 thực hện Quyết định số 107 -QĐ-NV của Bộ nội vụ về việc chia 5 xã của huện Bá Thước là các xã: Văn Nho, Long Vân, Hồ Điền, Quý Lương. Quốc Thành ra các xã nhỏ. Xã Quốc Thành được chia thành 5 xã bao gồm: Cổ Lũng, Lũng Cao, Lũng Niêm, Thành Lâm, Thành Sơn. Xã Thành Lâm giữ nguyên ranh giới như ngày nay.

- Hiên nay sau sáp nhập xã có 6 thôn.