Huyện Võ Nhai, thời thuộc nhà Đường là huyện Vũ Lễ, Thời Lý - Trần (thế kỉ X - XIV), gọi là châu Vạn Nhai. Thời thuộc Minh (1407-1427), đổi thành châu Vũ Lễ. Đầu thời nhà Lê, châu Vũ Lễ đổi thành huyện Võ Nhai, thuộc phủ Phú Bình, do phiên thần họ Ma nối đời cai quản. Đầu đời Nguyễn Gia Long (từ năm 1802) vẫn theo như thế. Đến năm Minh Mạng thứ 16 (1836), huyện Võ Nhai gồm 8 tổng và 29 xã, trại, cai trị theo chế độ lưu quan. Đời Đồng Khánh (1886-1888), huyện Võ Nhai có 8 tổng, gồm 28 xã, trại:

1- Tổng Lâu Thượng, gồm 3 xã: Xuất Tác, Phù Trì, Lâu Thượng.

2- Tổng Lâu Hạ, gồm 2 xã: Lâu Hạ, Hương Thắng.

3- Tổng Tràng Xá, gồm 3 xã: Quan Lũng, Tràng Xá, Khắc Kiệm.

4- Tổng Bắc Sơn, gồm 4 xã: Bắc Sơn, Chiêu Vũ, Hng Vũ, Trấn Yên.

5- Tổng Nhất Thể, gồm 5 xã, trại: Vũ Lăng, Nhất Thể, Gia Hoà, Vũ Lễ và trại Nam Nhi.

6- Tổng Quỳnh Sơn, gồm 4 xã: Quỳnh Sơn, Hữu Vĩnh, Long Giản, Ngự Viễn.

7- Tổng Tân Tri, gồm 5 xã: Tân Tri, Sảng Mộc, Nghênh Tường, Phú Cốc, Vũ Chấn.

8- Tổng Vĩnh Yên, gồm 2 xã: Vũ Yên, Vũ Địch.

Huyện lị thời trước đặt ở xã Lâu Thượng, đến đời Đồng Khánh chuyển vào xã Chàng (Tràng) Xá.

Năm 1894, thực dân Pháp cắt các tổng Bắc Sơn, Nhất Thể, Quỳnh Sơn, Tân Lu, Vĩnh Yên ra khỏi huyện Võ Nhai để lập thành châu Bắc Sơn, thuộc tỉnh Lạng Sơn; huyện Võ Nhai được đổi thành châu Võ Nhai, gồm 6 tổng: Lâu Thượng, Tràng Xá, Phương Giao, Cúc Đình, Thượng Nùng, Vân Lăng với 22 xã, 1 phố, 5 trại. Từ đó cho đến sau Cách mạng Tháng Tám vẫn giữ nguyên như thế.

Ngày 25/3/1948, Chủ tịch Chính phủ nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa kí Sắc lệnh số 148-SL bỏ các đơn vị hành chính cấp phủ, châu, quận. Châu Võ Nhai đổi thành huyện Võ Nhai, gồm 17 xã: Bình Long, Cúc Đường, Dân Tiến, Hòa Bình, La Hiên, Lâu Thượng, Liên Minh, Nghinh Tường, Phú Thượng, Phương Giao, Quang Sơn, Tân Long, Thần Sa, Thượng Nung, Tràng Xá, Văn Lăng, Vũ Chấn.

Ngày 22/12/1949, theo Nghị định số 224-TTG của Thủ tướng Chính phủ, thôn Sảng Mộc (xã Yên Hân, huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn) được sáp nhập vào xã Nghinh Tường, huyện Võ Nhai (sau được tách ra lập xã Sảng Mộc). Huyện Võ Nhai có 18 xã: Bình Long, Cúc Đường, Dân Tiến, Hòa Bình, La Hiên, Lâu Thượng, Liên Minh, Nghinh Tường, Phú Thượng, Phương Giao, Quang Sơn, Sảng Mộc, Tân Long, Thần Sa, Thượng Nung, Tràng Xá, Văn Lăng, Vũ Chấn.

Ngày 1/6/1985, theo Quyết định của Hội đồng Bộ trưởng, 4 xã: Tân Long, Hòa Bình, Quang Sơn và Văn Lăng của huyện Võ Nhai được cắt về huyện Đồng Hỷ. Huyện còn lại 14 xã.

Ngày 25/10/1990, theo Quyết định số 454/TCCP của Ban Tổ chức Chính phủ, thị trấn Đình Cả được thành lập.

Ngày nay, huyện Võ Nhai gồm 14 xã, 1 thị trấn, với tổng số 170 xóm và 2 tổ dân phố.