Thị trấn Tây Yên Tử trước đây vốn là xã Thanh Sơn và một phần xã Thanh Luận thuộc huyện Sơn Động.

Ngày 6 tháng 11 năm 2008, Chính phủ ban hành Nghị định số 05/NĐ-CP[1]. Theo đó, thành lập thị trấn Thanh Sơn trên cơ sở điều chỉnh 1.267,5 ha diện tích tự nhiên và 2.856 người của xã Thanh Sơn, 713,4 ha diện tích tự nhiên và 1.280 người của xã Thanh Luận.

Sau khi thành lập, thị trấn Thanh Sơn có 1.980,9 ha diện tích tự nhiên và 4.136 người. Xã Thanh Sơn còn lại 5.488,7 ha diện tích tự nhiên, 3.104 người và được đổi tên thành xã Tuấn Mậu.

Ngày 21 tháng 11 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 813/NQ-UBTVQH14[2]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ 61 km² diện tích tự nhiên và 2.111 người của xã Tuấn Mậu với toàn bộ 21,06 km² diện tích tự nhiên và 3.848 người của thị trấn Thanh Sơn để thành lập thị trấn Tây Yên Tử.

Sau khi thành lập, thị trấn Tây Yên Tử có diện tích 82,06 km², dân số là 5.959 người.