Vĩnh Phúc là cái nôi của người Việt cổ, với di chỉ khảo cổ học Đồng Đậu nổi tiếng. Thời kỳ 12 sứ quân, nơi đây là địa bàn chiếm đóng của sứ quân Nguyễn Khoan.

Tỉnh Vĩnh Phúc được thành lập vào ngày 12 tháng 2 năm 1950, do sự kết hợp của hai tỉnh Vĩnh Yên và Phúc Yên cũ. Khi hợp nhất tỉnh Vĩnh Phúc có diện tích 1.715 km², dân số 470.000 người, gồm 9 huyện: Bình Xuyên, Đa Phúc, Đông Anh, Kim Anh, Lập Thạch, Tam Dương, Vĩnh Tường, Yên Lạc, Yên Lãng.

Năm 1952, chính quyền Quốc gia Việt Nam thân Pháp do Bảo Đại đứng đầu mà đại diện là Thủ hiến Bắc Việt cũng hợp nhất hai tỉnh Vĩnh Yên và Phúc Yên thành một tỉnh mới nhưng lại lấy tên là tỉnh Vĩnh Phúc Yên. Tên gọi này chỉ tồn tại đến giữa năm 1954, sau khi Hiệp định Genève được ký kết và đất nước tạm thời bị chia đôi, theo đó chính quyền Quốc gia Việt Nam chuyển vào miền Nam.

Năm 1955, huyện Phổ Yên tách khỏi tỉnh Thái Nguyên nhập vào Vĩnh Phúc, đến năm 1957, lại trở về với tỉnh Thái Nguyên.

Ngày 1 tháng 2 năm 1955, tái lập 2 thị xã Vĩnh Yên và Phúc Yên.

Ngày 7 tháng 6 năm 1957, thị trấn Bạch Hạc chuyển sang tỉnh Phú Thọ và hợp nhất với thị trấn Việt Trì để trở thành thị xã Việt Trì (nay là thành phố Việt Trì trực thuộc tỉnh Phú Thọ).

Ngày 20 tháng 4 năm 1961, huyện Đông Anh (gồm 16 xã: Bắc Hồng, Cổ Loa, Đại Mạch, Hải Bối, Kim Nỗ, Nam Hồng, Nguyên Khê, Thụy Lâm, Tiên Dương, Uy Nỗ, Vân Nội, Việt Hùng, Vĩnh Ngọc, Võng La, Xuân Canh, Xuân Nộn), xã Kim Chung của huyện Yên Lãng, thôn Đoài xã Phù Lỗ (phía nam sông Cà Lồ) của huyện Kim Anh tách khỏi Vĩnh Phúc chuyển về thành phố Hà Nội.[5]

Ngày 26 tháng 1 năm 1968, Ủy ban thường vụ Quốc hội nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa ra Nghị quyết số 504-NQ/TVQH về việc hợp nhất hai tỉnh Vĩnh Phúc và Phú Thọ thành tỉnh Vĩnh Phú.

Ngày 26 tháng 6 năm 1976, chuyển thị xã Phúc Yên thành thị trấn Phúc Yên thuộc huyện Yên Lãng.

Ngày 5 tháng 7 năm 1977, hợp nhất 2 huyện Vĩnh Tường và Yên Lạc thành huyện Vĩnh Lạc; hợp nhất 2 huyện Lập Thạch và Tam Dương thành huyện Tam Đảo; hợp nhất 2 huyện Bình Xuyên và Yên Lãng thành huyện Mê Linh; hợp nhất 2 huyện Đa Phúc và Kim Anh thành huyện Sóc Sơn.[6]

Ngày 29 tháng 12 năm 1978, chuyển huyện Sóc Sơn; thị trấn Phúc Yên và 18 xã: Chu Phan, Đại Thịnh, Hoàng Kim, Kim Hoa, Liên Mạc, Mê Linh, Quang Minh, Tam Đồng, Thạch Đà, Thanh Lâm, Tiền Châu, Tiền Phong, Tiến Thắng, Tiến Thịnh, Tráng Việt, Tự Lập, Văn Khê, Vạn Yên của huyện Mê Linh về thành phố Hà Nội quản lý.[7]

Ngày 26 tháng 2 năm 1979, tái lập huyện Lập Thạch và sáp nhập phần còn lại của huyện Mê Linh (sau khi chuyển thị trấn Phúc Yên và 18 xã về Hà Nội quản lý) vào các huyện Tam Đảo và Vĩnh Lạc.[8]

Ngày 12 tháng 8 năm 1991, chuyển lại huyện Mê Linh đã lấy của thành phố Hà Nội năm 1978 về tỉnh Vĩnh Phú quản lý.[9]

Ngày 7 tháng 10 năm 1995, chia huyện Vĩnh Lạc thành 2 huyện: Vĩnh Tường và Yên Lạc.[10]

Kỳ họp thứ 10 Quốc hội khóa IX đã thông qua Nghị quyết (ngày 26 tháng 11 năm 1996) về việc tái lập tỉnh Vĩnh Phúc. Tỉnh Vĩnh Phúc chính thức được tái lập và đi vào hoạt động từ ngày 1 tháng 1 năm 1997[11]. Khi tách ra, tỉnh Vĩnh Phúc có diện tích 1.370,73 km², dân số 1.066.552 người, gồm 6 đơn vị hành chính cấp huyện: thị xã Vĩnh Yên và 5 huyện: Lập Thạch, Mê Linh, Tam Đảo, Vĩnh Tường, Yên Lạc.

Tháng 6 năm 1998, tách huyện Tam Đảo thành 2 huyện Tam Dương và Bình Xuyên.[12]

Ngày 9 tháng 12 năm 2003, thành lập thị xã Phúc Yên (tách ra từ huyện Mê Linh) và huyện Tam Đảo mới (tách 3 xã của huyện Lập Thạch, 4 xã của huyện Tam Dương, 1 xã của huyện Bình Xuyên và thị trấn Tam Đảo của thị xã Vĩnh Yên).[13]

Ngày 1 tháng 12 năm 2006, chuyển thị xã Vĩnh Yên thành thành phố Vĩnh Yên.[14]

Ngày 1 tháng 8 năm 2008, huyện Mê Linh được tách ra và sáp nhập vào thành phố Hà Nội theo Nghị quyết số 15/2008/QH12 về việc mở rộng địa giới hành chính thủ đô.[15]

Ngày 23 tháng 12 năm 2008, chia huyện Lập Thạch thành 2 huyện: Lập Thạch và Sông Lô[16].

Ngày 7 tháng 2 năm 2018, chuyển thị xã Phúc Yên thành thành phố Phúc Yên.[17]