Sau năm 1945, Tân Lợi là một xã thuộc huyện Đồng Hỷ.

Ngày 19 tháng 10 năm 1962, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định 114-CP tách ba xóm Thái Thông, Đoàn Kết, Thác Ngạc của xã Tân Lợi để thành lập thị trấn Trại Cau trực thuộc thành phố Thái Nguyên.

Đến năm 2019, xã Tân Lợi được chia thành 10 xóm: Làng Chàng, Cầu Đá, Tân Lập, Cầu Lưu, Na Tiếm, Trại Đèo, Bảo Nang, Bờ Tấc, Đồng Lâm, Tân Thành.

Ngày 23 tháng 7 năm 2019, sáp nhập xóm Bờ Tấc vào xóm Trại Đèo và sáp nhập xóm Tân Lập vào xóm Đồng Lâm.[4]