Tên gọi Tuyên Quang xuất hiện sớm nhất trong cổ thư ở nước ta là trong sách "An Nam chí lược" của Lê Tắc, soạn thảo ở Trung Quốc vào năm 1335 với ý nghĩa: Nước sông Quy Hóa từ Vân Nam chảy về, nước sông Tuyên Quang từ đạo Đặc Ma chảy về, nước sông Đà từ Chàng Long chảy về, nhân có ngã ba sông mà đặt tên như vậy. Có thể thời điểm đó tên gọi Tuyên Quang bắt nguồn từ tên một con sông, sông Tuyên Quang (nay là sông Lô)
Vào thời Trần (thế kỷ XIII-XIV), tỉnh Tuyên Quang có cấp hành chính là "Lộ". Bấy giờ Khai Quốc Vương Trần Nhật Duật trấn thủ ở các lộ Tuyên Quang.
Theo Lê Quý Đôn, đến cuối thời Trần, Tuyên Quang có cấp là "Trấn": Trấn Tuyên Quang, triều đình đặt chức Phiêu kỵ Đại tướng quân để thống lĩnh.
Khi giặc Minh đô hộ nước ta đã đặt nền hành chính Tuyên Quang vào "Phủ" gọi là Phủ Tuyên Quang sau đó đổi là châu Tuyên Hóa. Phủ Tuyên Quang lúc này có 9 huyện đứng đầu phủ là tri phủ, đứng đầu huyện là tri huyện.
Thời Lê sơ (thế kỷ XV-XVI), năm 1466, Lê Thánh Tông chia nước ta thành 12 đạo, Tuyên Quang trở thành một Đạo Thừa Tuyên gồm một phủ (thủ phủ là Yên Bình), một huyện và 5 châu. Đến năm Hồng Đức 21 (1490), Đạo Thừa Tuyên đổi tên là xứ Tuyên Quang, tên phủ, huyện không thay đổi.
Khi Gia Quốc Công Vũ Văn Mật có công phò Lê đánh Mạc được cai quản một vùng đất rộng lớn gồm xứ Tuyên Quang và phủ Hưng Hóa (Phú Thọ và Vĩnh Phúc) đặt tên là Dinh An Tây. Năm 1669, Vũ Công Tuấn mưu đồ phản nghịch bị giết chết. Sau sự kiện này, nhà Lê bỏ quyền thế tập của dòng họ Vũ, chia vùng nay thành 2 trấn: Tuyên Quang và Hưng Hóa, đặt lưu quan cai trị như trước.
Đầu triều Nguyễn (thế kỷ XIX), tên gọi các đơn vị hành chính xứ Tuyên Quang cơ bản vẫn giữ như thời Lê. Năm 1831, vua Minh Mạng tiến hành cải cách hành chính trong cả nước, Tuyên Quang trở thành một tỉnh. Đến năm Minh Mạng thứ 16 (1833), phủ Yên Bình chia thành 2 phủ là Yên Bình và Yên Ninh, các châu huyện từ thời Lê cũng có nhiều thay đổi.
Thời Pháp thuộc, tổ chức hành chính tỉnh Tuyên Quang có nhiều biến đổi. Ngày 09/9/1891, Toàn quyền Đông Dương ra nghị định thành lập 4 đạo quan binh ở Bắc kỳ, đã phân chia địa giới tỉnh Tuyên Quang vào các đạo Quan binh 2 và đạo Quan binh 3.
Ngày 11/4/1900, Toàn quyền Đông Dương ra nghị định tái lập tỉnh Tuyên Quang, tỉnh lỵ đặt tại xã Ỷ La, gồm: Phủ Yên Bình, lấy huyện Sơn Dương của tỉnh Sơn Tây nhập vào tỉnh Tuyên Quang, năm 1913, đổi huyện Sơn Dương thành châu Sơn Dương.
Trước khi Cách mạng Tháng Tám thành công (1945), Tuyên Quang có 1 phủ Yên Bình kiêm lãnh 4 huyện là: Yên Sơn, Hàm Yên, Chiêm Hóa, Sơn Dương, trung tâm tỉnh lỵ đặt ở xã Ỷ La (Hàm Yên), tòa xứ tỉnh thự đặt ở phía đông bắc thành cổ Tuyên Quang (thành Nhà Mạc).
