Văn Chấn vốn là một châu thuộc khu tự trị Tây Bắc rồi từ năm 1962 đến năm 1975, thuộc tỉnh Nghĩa Lộ.

Ngày 8 tháng 3 năm 1967, thành lập thị trấn nông trường Trần Phú và thị trấn nông trường Nghĩa Lộ trực thuộc huyện Văn Chấn.[2]

Sau năm 1975, huyện Văn Chấn thuộc tỉnh Hoàng Liên Sơn, gồm 3 thị trấn nông trường: Liên Sơn, Nghĩa Lộ, Trần Phú và 32 xã: An Lương, Bản Hẻo, Bình Thuận, Cát Thịnh, Chấn Thịnh, Đại Lịch, Đồng Khê, Gia Hội, Hạnh Sơn, Minh An, Nậm Búng, Nậm Lành, Nậm Mười, Nghĩa An, Nghĩa Lợi, Nghĩa Phúc, Nghĩa Sơn, Nghĩa Tâm, Phù Nham, Phúc Sơn, Sơn A, Sơn Lương, Sơn Thịnh, Sùng Đô, Suối Bu, Suối Giàng, Suối Quyền, Tân Thịnh, Thạch Lương, Thanh Lương, Thượng Bằng La, Tú Lệ.

Ngày 23 tháng 2 năm 1977, chuyển xã Bản Hẻo thành thị trấn nông trường Bản Hẻo, huyện Văn Chấn có 4 thị trấn và 31 xã.[3]

Ngày 4 tháng 3 năm 1978, thị xã Nghĩa Lộ được sáp nhập vào huyện Văn Chấn và chuyển thành thị trấn Nghĩa Lộ, thị trấn huyện lỵ huyện Văn Chấn. Huyện Văn Chấn có 5 thị trấn và 31 xã.

Tháng 10 năm 1989, giải thể thị trấn nông trường Bản Hẻo và sáp nhập toàn bộ diện tích vào thị trấn nông trường Liên Sơn.

Ngày 12 tháng 8 năm 1991, tái lập tỉnh Yên Bái từ tỉnh Hoàng Liên Sơn cũ, huyện Văn Chấn thuộc tỉnh Yên Bái.

Đến ngày 15 tháng 5 năm 1995, thị trấn Nghĩa Lộ được tách ra để tái lập thị xã Nghĩa Lộ, huyện lỵ huyện Văn Chấn được dời về xã Sơn Thịnh.

Ngày 24 tháng 12 năm 2003, chuyển 3 xã Nghĩa An, Nghĩa Lợi, Nghĩa Phúc về thị xã Nghĩa Lộ quản lý.

Đến cuối năm 2019, huyện Văn Chấn có diện tích 1.207,37 km², dân số là 153.822 người, mật độ dân số đạt 127 người/km², có 31 đơn vị hành chính cấp xã trực thuộc, bao gồm 3 thị trấn: Nông trường Liên Sơn, Nông trường Nghĩa Lộ, Nông trường Trần Phú và 28 xã: An Lương, Bình Thuận, Cát Thịnh, Chấn Thịnh, Đại Lịch, Đồng Khê, Gia Hội, Hạnh Sơn, Minh An, Nậm Búng, Nậm Lành, Nậm Mười, Nghĩa Sơn, Nghĩa Tâm, Phù Nham, Phúc Sơn, Sơn A, Sơn Lương, Sơn Thịnh, Sùng Đô, Suối Bu, Suối Giàng, Suối Quyền, Tân Thịnh, Thạch Lương, Thanh Lương, Thượng Bằng La, Tú Lệ.

Ngày 10 tháng 1 năm 2020, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 871/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp huyện, cấp xã thuộc tỉnh Yên Bái (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 2 năm 2020)[1]. Theo đó:

• Điều chỉnh toàn bộ 77,47 km² diện tích tự nhiên và 37.018 người thuộc 6 xã: Phù Nham, Sơn A, Hạnh Sơn, Phúc Sơn, Thanh Lương, Thạch Lương và thị trấn Nông trường Nghĩa Lộ về thị xã Nghĩa Lộ quản lý
• Thành lập thị trấn Sơn Thịnh, thị trấn huyện lỵ huyện Văn Chấn trên cơ sở toàn bộ diện tích và dân số của xã Sơn Thịnh.

Huyện Văn Chấn có 3 thị trấn và 21 xã như hiện nay.