Phường Đội Cấn trước đây vốn là thị trấn Tân Bình và xã Đội Cấn thuộc huyện Yên Sơn.

Thị trấn Tân Bình được thành lập vào ngày 16 tháng 1 năm 1979 theo Quyết định số 20-CP của Hội đồng Chính phủ.[3]

Ngày 15 tháng 7 năm 1999, giải thể thị trấn nông trường Sông Lô. Dân cư thuộc thị trấn nông trường sinh sống trên địa bàn xã Đội Cấn và thị trấn Tân Bình được giao về các xã và thị trấn nói trên quản lý.

Ngày 3 tháng 9 năm 2008, sáp nhập xã Đội Cấn vào thị xã Tuyên Quang.[4]

Trước khi sáp nhập, thị trấn Tân Bình có diện tích 8,04 km², dân số là 6.111 người, mật độ dân số đạt 760 người/km². Xã Đội Cấn có diện tích 25,96 km², dân số là 11.420 người, mật độ dân số đạt 440 người/km².

Ngày 21 tháng 11 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 816/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp huyện, cấp xã thuộc tỉnh Tuyên Quang (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[1]. Theo đó:

• Sáp nhập thị trấn Tân Bình vào thành phố Tuyên Quang
• Thành lập phường Đội Cấn trên cơ sở sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của xã Đội Cấn và thị trấn Tân Bình.

Sau khi thành lập, phường Đội Cấn có 34,00 km² diện tích tự nhiên và 17.531 người.