Thanh Chương thời nguyên thủy thuộc nước Việt Thường.
Năm 111 TCN (thời thuộc Hán) vùng đất này nằm trong huyện Hàm Hoan, quận Cửu Chân.
Từ năm 602 (thời thuộc Tuỳ), nằm trong huyện Cửu Đức, quận Nhật Nam.
Khởi nghĩa Mai Thúc Loan (713-722) thì nơi đây là địa bàn hoạt động chủ yếu của nghĩa quân.
Thời Nhà Ngô (939-965), Thanh Chương là thủ phủ Châu Hoan, nơi đặt dinh trấn thủ của quan thứ sử Đinh Công Trứ.[5]
Thời thuộc nhà Minh đô hộ (1406-1428), Thanh Chương là đất huyện Thổ Du phủ Nghệ An.
Thời nhà Lê (1428-1786) huyện được gọi là Thanh Giang, sau đổi thành Thanh Chương (Năm 1729, do húy tên chúa Trịnh Giang).
Trong danh sách phủ huyện thời Hồng Đức (1479-1497) được chép trong Thiên Nam dư hạ tập vẫn còn chép là Thanh Giang. Năm 1490, niên hiệu Hồng Đức thứ 21 thì Thanh Chương là một huyện thuộc phủ Đức Quang (cùng với Hương Sơn, La Sơn, Thiên Lộc, Nghi Xuân, Chân Phúc), xứ Nghệ An.
Năm 1831, niên hiệu Minh Mạng thứ 12, xứ Nghệ An tách thành 2 tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh. Lúc đó huyện Thanh Chương nhập vào phủ Anh Sơn (gồm các huyện: Lương Sơn, Nam Đàn, Thanh Chương và Hưng Nguyên) thuộc tỉnh Nghệ An.
Năm 1919, nhà Nguyễn và Pháp bỏ cấp phủ, huyện Thanh Chương trực thuộc tỉnh Nghệ An. Các tổng cũ được phân chia thành 12 xã.
Đầu năm 1954, theo chủ trương phân chia lại cấp xã của UBKCHC Liên Khu IV thì huyện Thanh Chương trên cơ sở 12 xã cũ đã chia thành 41 xã mới.
Năm 1969, theo quyết định số 159 - NV của Bộ trưởng Bộ Nội vụ, huyện Thanh Chương đã hình thành nên một số xã mới.
Năm 1984, thành lập thị trấn Thanh Chương, thị trấn huyện lỵ huyện Thanh Chương.
Ngày 1 tháng 1 năm 2020, sáp nhập 3 xã Thanh Tường, Thanh Văn và Thanh Hưng thành xã Đại Đồng.[6]
Hiện nay huyện Thanh Chương có 1 thị trấn và 37 xã.