Năm 1804, vua Gia Long ra chỉ dụ dời trấn thành Thanh Hóa từ làng Dương Xá (xã Thiệu Dương, huyện Thiệu Hóa nay là xã Thiệu Dương, thành phố Thanh Hóa) về làng Thọ Hạc (huyện Đông Sơn), gọi là Hạc Thành.

Ngày 22 tháng 7 năm 1889, vua Thành Thái ký đạo dụ thành lập thị xã Thanh Hóa bao gồm 7 làng: Đức Thọ Vạn, Cẩm Bào Nội, Cốc Hạ, Phủ Cốc (thuộc tổng Bố Đức, huyện Đông Sơn); Thọ Hạc, Đông Phố, Nam Phố (thuộc tổng Thọ Hạc, huyện Đông Sơn).

(Chấn thành Thanh Hoa)

Ngày 29 tháng 5 năm 1929, người Pháp quyết định thành lập thành phố Thanh Hóa, là một thành phố cấp 3.

Sau Cách mạng tháng 8 thành công (1945), chuyển thành thị xã Thanh Hóa.

Sau năm 1954, thị xã Thanh Hóa có 5 phường: Ba Đình, Điện Biên, Lam Sơn, Ngọc Trạo, Phú Sơn và 1 xã Đông Thọ.

Ngày 16 tháng 3 năm 1963, xã Đông Giang (gồm 3 làng Nghĩa Phương, Đông Sơn và Nam Ngạn) thuộc huyện Đông Sơn và xóm Núi xã Hoằng Long, huyện Hoằng Hóasát nhập vào thị xã và chia thành 2 phường: Hàm Rồng và Nam Ngạn. Ngày 28 tháng 8 năm 1971, 3 xã: Đông Vệ, Đông Hương, Đông Hải thuộc huyện Đông Sơnvà xã Quảng Thắng thuộc huyện Quảng Xương sát nhập vào thị xã. Lần lượt năm1991 và 1993, thị xã Thanh Hóa được xếp vào đô thị loại 4 và loại 3. Từ đó thị xã Thanh Hóa có 7 phường: Ba Đình, Điện Biên, Hàm Rồng, Lam Sơn, Nam Ngạn, Ngọc Trạo, Phú Sơn và 5 xã: Đông Hải, Đông Hương, Đông Thọ, Đông Vệ, Quảng Thắng.

Ðể phát huy và nâng cao vai trò, vị thế của trung tâm tỉnh lỵ của một tỉnh thuộc hàng lớn nhất cả nước, ngày 1 tháng 5 năm1994, Thủ tướng Chính phủ đã ký Nghị định số 37/CP nâng cấp thị xã Thanh Hóa lên thành phố Thanh Hóa với 15 phường, xã, tổng diện tích tự nhiên 57,8 km2, dân số gần 20 vạn người. Ngày 28 tháng 6 năm 1994, Chính phủ ra Nghị định số 55-CP thành lập một số phường thuộc thành phố Thanh Hóa, chuyển 2 xã Đông Thọ và Đông Vệ thành 2 phường có tên tương ứng; chia xã Đông Hải thành xã Đông Hải và phường Đông Sơn; chia phường Nam Ngạn thành 2 phường: Nam Ngạn và Trường Thi.

Ngày 6 tháng 12 năm 1995, Chính phủ ra Nghị định số 85-CP điều chỉnh địa giới để mở rộng thành phố Thanh Hóa, sáp nhập xã Đông Cương thuộc huyện Đông Sơn, các xã Quảng Thành, Quảng Hưng và một phần đất của xã Quảng Thịnh (sáp nhập vào phường Đông Vệ) thuộc huyện Quảng Xương vào thành phố, nâng tổng số phường xã lên 17 phường xã. Ngày 11 tháng 4 năm 2002, Chính phủ ra Nghị định 44/2002/NĐ-CP chia phường Phú Sơn thành 2 phường: Phú Sơn vàTân Sơn.

             Ngày 29 tháng 4 năm 2004, thành phố Thanh Hóa được công nhận là đô thị loại 2.

   Năm 2008, thành phố Thanh Hóa có diện tích 57,94 km² [10], với 12 phường: Ba Đình, Điện Biên, Đông Sơn, Đông Thọ, Đông Vệ, Hàm Rồng, Lam Sơn, Nam Ngạn, Ngọc Trạo, Phú Sơn, Tân Sơn, Trường Thi và 6 xã: Đông Cương, Đông Hải, Đông Hương, Quảng Hưng, Quảng Thắng, Quảng Thành. Dân số năm 2009 là 207.698 người.

 Ngày 29 tháng 2 năm 2012, Chính phủ ra Nghị quyết 05/NQ-CP điều chỉnh địa giới để mở rộng địa giới hành chính thành phố Thanh Hóa và thành lập các phường thuộc thành phố Thanh Hóa, sáp nhập 19 xã, thị trấn bao gồm: 22,53 km² và 28.127 người của huyện Hoằng Hoá (gồm các xã Hoằng Lý, Hoằng Long, Hoằng Anh, Hoằng Quang, Hoằng Đại và thị trấnTào Xuyên); 24,00 km² và 31.761 người của huyện Đông Sơn (gồm các xã Đông Lĩnh, Đông Tân, Đông Hưng, Đông Vinhvà thị trấn Nhồi); 14,97 km² và 26.098 người của huyện Thiệu Hoá (gồm các xã Thiệu Dương, Thiệu Khánh, Thiệu Vân); 27,36 km² và 37.308 người của huyện Quảng Xương (gồm các xã Quảng Thịnh, Quảng Đông, Quảng Phú, Quảng Tâm,Quảng Cát); chuyển thị trấn Tào Xuyên thành phường Tào Xuyên và chuyển thị trấn Nhồi thành phường An Hoạch.

      Ngày 19 tháng 8 năm 2013, theo Nghị quyết số 99/NQ-CP của Chính phủ, quyết định thành lập các phường: Đông Cương, Đông Hương, Đông Hải, Quảng Hưng, Quảng Thành, Quảng Thắng thuộc thành phố Thanh Hóa trên cơ sở các xã tương ứng.​