Tuyên Quang nguyên cũng là một vùng đất thuộc xứ Thái, nhưng từ thế kỷ 13 đã chịu sự kiểm soát của triều đình Việt Nam dưới đời nhà Trần. Triều Trần gọi là lộ Quốc Oai, sau đổi là châu Tuyên Quang. Dưới đời vua Trần Hiến Tông (niên hiệu Khai Hữu, 1329-1341), châu Tuyên Quang đổi thành trấn, rồi thành phủ Tuyên Hóa dưới thời Minh thuộc.

Sau khi vua Lê Thái Tổ đuổi xong giặc Minh, ngài đặt phủ Tuyên Hóa thuộc Tây Đạo. Đời vua Lê Thánh Tông, Tuyên Quang gồm một phủ và năm huyện và trở thành tỉnh Minh Quang dưới triều vua Lê Uy Mục. Đời Lê Trang Tông, đổi Minh Quang thành doanh An Tại, cho dòng họ Vũ người Thái làm doanh trưởng.

Thời gian các chúa Bầu cát cứ

Họ Vũ trấn trị Tuyên Quang gần 200 năm, từ 1527 đến 1699.

Vũ Văn Uyên vốn là một thanh niên khỏe mạnh, gan dạ. Thời vua Lê Chiêu Tông, vì phạm tội giết người, trốn lên ngụ ở trấn Đại Đồng (phủ Tuyên Quang). Bấy giờ người tù trưởng Đại Đồng bị nhân dân oán ghét, tình hình Đại Đồng rất lộn xộn. Vũ Văn Uyên thấy vậy bèn tập hợp lực lượng riêng, thừa cơ giết chết người tù trưởng, ổn định tình hình địa phương rồi chiếm luôn đất đó, trở thành người trấn trị Đại Đồng (thuộc các tỉnh Tuyên Quang, Lào Cai, Yên Bái của Việt Nam hiện nay). Vua Lê Chiêu Tông phong cho ông làm Đô thống sứ trấn Tuyên Quang, tước Khánh Bá Hầu. Vũ Văn Uyên đóng căn cứ tại thành Nghị Lang, giữ vững cả miền Tuyên Quang, Hưng Hóa, cát cứ một phương, không chịu theo nhà Mạc khi Mạc Đăng Dung lên nắm quyền.

Họ Vũ nhân thời loạn tự lập ở Tuyên Quang, chống chính quyền cai trị ở Thăng Long. Thời Nam Bắc triều, họ Vũ không theo nhà Mạc mà theo nhà Lê trung Hưng ở Thanh Hoá, nhưng khi nhà Lê Trung Hưng về Thăng Long, họ Vũ cũng không thần phục hoàn toàn. Các đời họ Vũ trấn giữ trên thành ở núi Bầu nên được gọi chung là Chúa Bầu, xây dựng nên một hệ thống thành nhà Bầu rộng khắp rất nhiều trong một vùng rộng lớn suốt từ ngã ba Đoan Hùng ngược lên hết địa phận huyện Lục Yên.

Năm 1699, Vũ Công Tuấn bị triều đình vua Lê chúa Trịnh bắt và giết. Triều đình đặt chức Lưu thủ ở Tuyên Quang để điều khiển các tộc trưởng Thái.

Tuyên Quang thời nhà Nguyễn

Vào đầu thế kỷ 19, Tuyên Quang gồm 1 phủ là phủ Yên Bình. Phủ này quản lý 1 huyện và 5 châu[7]:

• Huyện Phúc Yên (nay là phần đất thuộc thành phố Tuyên Quang, các huyện Yên Sơn, Chiêm Hóa tỉnh Tuyên Quang) gồm 10 tổng: Trung Môn, Yên Lũng, Yên Lĩnh, Hằng Túc, Hùng Dị, Kim Đô, Hoàng Sơn, Đồng Yên, Lăng Quán, Bình Ca;
• Châu Lục Yên (nay là phần đất thuộc huyện Lục Yên tỉnh Yên Bái);
• Châu Thu Vật (năm 1823 đổi tên là châu Thu (Thu Châu), nay là phần đất thuộc huyện Yên Bình tỉnh Yên Bái) gồm 7 tổng: Vĩnh Kiên, Đại Đồng, Ẩm Phúc, Cẩm Nhân, Mông Sơn, Ngọc Chấn, Thì Ngạn;
• Châu Vị Xuyên (nay là phần đất thuộc tỉnh Hà Giang);
• Châu Bảo Lạc (nay là phần đất thuộc các huyện Mèo Vạc, Bắc Mê, Yên Minh tỉnh Hà Giang và các huyện Bảo Lâm, Bảo Lạc tỉnh Cao Bằng);
• Châu Đại Man (nay là phần đất thuộc các huyện Na Hang,... tỉnh Tuyên Quang);

Vua Gia Long lại đổi thành trấn Tuyên Quang, rồi trở thành tỉnh dưới triều Minh Mạng. Khi Pháp mới xâm chiếm Việt Nam, phủ Yên Bình là căn cứ kháng chiến chống giặc Pháp. Người Thái, Mường, Mèo, Thổ, Nùng cùng với dân quân các tỉnh lân cận đánh quân Pháp nhiều trận khốn đốn vào những năm 1884, 1885; thêm vào đó, quân Cờ Đen quấy nhiễu vùng Tuyên Quang khá lâu. Mãi tới năm 1894, Pháp mới hoàn toàn chiếm được tỉnh này.

Tuyên Quang sau năm 1954

Sau năm 1954, Tuyên Quang có tỉnh lị là thị xã Tuyên Quang và 6 huyện: Yên Bình, Yên Sơn, Na Hang, Hàm Yên, Sơn Dương và Chiêm Hóa.

Ngày 1 tháng 7 năm 1956, chuyển huyện Yên Bình về tỉnh Yên Bái quản lý. Sau khi hoà bình lập lại, do việc thành lập khu tự trị Việt Bắc, Chủ tịch nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa ra Sắc lệnh số 268 - SL chuyển Yên Bình sáp nhập vào tỉnh Yên Bái khi đó nằm ở khu Lao - Hà - Yên.

Sau năm 1975, Tuyên Quang được hợp nhất với tỉnh Hà Giang thành tỉnh Hà Tuyên.

Ngày 12 tháng 8 năm 1991, tỉnh Tuyên Quang được tái lập, có 6 đơn vị hành chính gồm thị xã Tuyên Quang và 5 huyện: Chiêm Hóa, Hàm Yên, Na Hang, Sơn Dương, Yên Sơn.

Ngày 2 tháng 7 năm 2010, chuyển thị xã Tuyên Quang thành thành phố Tuyên Quang.[8] Thành phố Tuyên Quang có diện tích tự nhiên 11.917,45 ha và 110.119 nhân khẩu.

Ngày 28 tháng 1 năm 2011, thành lập huyện Lâm Bình trên cơ sở điều chỉnh 60.128,24 ha diện tích tự nhiên và 18.159 nhân khẩu thuộc 5 xã thuộc huyện Na Hang (bao gồm toàn bộ 7.343,48 ha diện tích tự nhiên và 4.797 nhân khẩu của xã Lăng Can, 12.977,80 ha diện tích tự nhiên và 5.129 nhân khẩu của xã Thượng Lâm, 14.554,99 ha diện tích tự nhiên và 3.553 nhân khẩu của xã Khuôn Hà, 17.694,85 ha diện tích tự nhiên và 2.771 nhân khẩu của xã Phúc Yên, 7.557,12 ha diện tích tự nhiên và 1.909 nhân khẩu của xã Xuân Lập) và trên cơ sở 18.023,93 ha diện tích tự nhiên và 11.300 nhân khẩu của 3 xã thuộc huyện Chiêm Hóa (bao gồm toàn bộ 5.264,50 ha diện tích tự nhiên và 2.852 nhân khẩu của xã Bình An, 6.877,77 ha diện tích tự nhiên và 5.077 nhân khẩu của xã Thổ Bình, 5.881,66 ha diện tích tự nhiên và 3.371 nhân khẩu của xã Hồng Quang).[9] Huyện Lâm Bình có 78.152,17 ha diện tích tự nhiên và 29.459 nhân khẩu.

Tuyên Quang có diện tích 5.868 km² (đứng thứ 25 trên cả nước) và dân số 784.811 người (Đứng thứ 53 trên cả nước), mật độ trung bình khoảng 124 người/1 km². Dân cư Tuyên quang phát triển rất nhanh... 13,8% dân số sống ở đô thị và 86,2% dân số sống ở nông thôn.

Tính đến ngày 1 tháng 4 năm 2019, toàn tỉnh có 6 tôn giáo khác nhau đạt 42.761 người, nhiều nhất là Công giáo có 25.626 người, tiếp theo là đạo Tin Lành đạt 10.996 người, Phật giáo có 6.116 người. Còn lại các tôn giáo khác như Hồi giáo có 13 người, Phật giáo Hòa Hảo có sáu người và đạo Cao Đài có bốn người.[10]