Xã Đồng Loan được thành lập vào ngày 10 tháng 6 năm 1981 trên cơ sở một phần diện tích và dân số của các xã Lý Quốc, Minh Long, Thắng Lợi.[4]

Ngày 1 tháng 9 năm 1981, xã Đồng Loan được chuyển từ huyện Trùng Khánh về huyện Hạ Lang vừa tái lập.[5]

Đến băm 2019, xã Đồng Loan được chia thành 9 xóm: Bản Nha, Búa - Cúng - Mán, Lũng Nặm, Rúm - Phục, Bản Lung, Bản Lẹn, Bản Thuộc, Bản Miào, Bản Sáng.

Ngày 9 tháng 9 năm 2019, sáp nhập hai xóm Bản Miào và Bản Nha thành xóm Đồng Thuận, sáp nhập hai xóm Bản Lung và Rúm - Phục thành xóm Đồng Tâm, sáp nhập hai xóm Bản Lẹn và Bản Sáng thành xóm Đồng Tiến, sáp nhập hai xóm Búa - Cúng - Mán và Lũng Nặm thành xóm Đồng Biên.[6]