Những di chỉ khảo cổ học được tìm thấy gần cửa sông Hà Tràng cho thấy con người đã cư trú ở đây vào thời kỳ đồ đá mới.

Thời Tiền Lê, vùng đất này thuộc châu Tân An.

Thời Minh là huyện của phủ Tân Yên.

Đến đời Lê, là châu Tĩnh Yên thuộc phủ Hải Đông, thừa tuyên An Bang, sau là châu Tân Yên.

Đời Hậu Lê vì kỵ húy của vua Lê Kính Tông là Duy Tân, nên đổi là Tiên Yên.

Đời Nguyễn đổi thuộc phủ Hải Ninh, tỉnh Quảng Yên.

Trong kháng chiến chống Pháp thuộc tỉnh Hải Ninh.

Từ ngày 30 tháng 10 năm 1963, hai tỉnh Quảng Yên và Hải Ninh hợp nhất thành tỉnh Quảng Ninh, huyện Tiên Yên trực thuộc tỉnh Quảng Ninh, gồm thị trấn Tiên Yên và 9 xã: Đại Dực, Điền Xá, Đông Ngũ, Đồng Rui, Hà Lâu, Hải Lạng, Phong Dụ, Tiên Lãng, Yên Than.

Ngày 6 tháng 11 năm 1965, Bộ Nội vụ ban hành Quyết định số 397-NV thành lập xã Đông Hải trên cơ sở một phần diện tích và dân số của xã Đông Ngũ, sáp nhập hai thôn của hai xã Hải Lạng và Tiên Lãng vào thị trấn Tiên Yên.[1]

Ngày 12 tháng 6 năm 2006, thành lập xã Đại Thành trên cơ sở điều chỉnh một phần diện tích tự nhiên và dân số của xã Đại Dực.

Ngày 1 tháng 1 năm 2020, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của xã Đại Thành trở lại xã Đại Dực.[2]

Huyện Tiên Yên có 1 thị trấn và 10 xã như hiện nay.

Ngày 14 tháng 7 năm 2020, Bộ Xây dựng ban hành Quyết định số 928/QĐ-BXD công nhận thị trấn Tiên Yên mở rộng (gồm thị trấn Tiên Yên và 5 xã: Đông Hải, Đông Ngũ, Hải Lạng, Tiên Lãng, Yên Than) là đô thị loại IV.[3]