Trong buổi đầu các bộ tộc xác định ranh giới chủ quyền, thời Hùng Vương thuộc Tân Hưng, là một trong 15 bộ của Nhà nước Văn Lang. Thời Âu Lạc thì vùng phía đông và phía nam Lào Cai thuộc bộ lạc Tây Vu, còn một phần đất phía tây và phía bắc Lào Cai hiện nay thuộc phạm vi của các bộ lạc nhỏ hơn không chịu thuần phục Lạc Việt. Thời Bắc thuộc, ban đầu là địa phận thuộc huyện Tây Vu, quận Giao Chỉ. Sau này thuộc là quận Tân Hưng, đất Giao Châu (thời Tây Tấn), sau là đất châu Đan Đường, Chu Quý thuộc Giao Chỉ (thời Tùy), tiếp đổi Lâm Tây châu, Đức Hóa châu thuộc phủ An Nam (thời Đường, 679). Đến đời Đinh, Lý, Trần, Lê có biết bao biến động về địa danh... Đến đời nhà Nguyễn, vùng đất Lào Cai chủ yếu thuộc đất của châu Thủy Vỹ, châu Văn Bàn, một phần thuộc châu Chiêu Tấn và một phần nhỏ thuộc châu Lục Yên thuộc phủ Quy Hóa. Đến thời điểm này, địa danh Lào Cai chưa được hình thành.

Theo các nhà nghiên cứu, tên gọi Lao Cai được biến âm từ Lão Nhai và được gọi một thời gian khá dài. Khi làm bản đồ, người Pháp viết Lao Cai thành Lào Kay. Danh từ Lào Kay đã được người Pháp sử dụng trong các văn bản và con dấu. Nhưng trong giao tiếp và dân gian người ta vẫn gọi là Lao Cai. Sau ngày tỉnh Lao Cai được giải phóng (11-1950), đã thống nhất gọi là Lào Cai cho đến ngày nay. 

Sau khi đánh chiếm Lào Cai (3 -1886) và khi hoàn thành công cuộc bình định quân sự, thực dân Pháp cai quản địa hạt Lào Cai theo chế độ quân sự. Ngày 7/01/1899, đạo quan binh IV được thành lập bao gồm Tiểu quân khu Yên Bái và Tiểu quân khu Lào Cai. Ngày 12/7/1907, toàn quyền Đông Dương ra nghị định bãi bỏ đạo quan binh IV Lào Cai, chuyển từ chế độ quân quản sang chế độ cai trị dân sự, thành lập tỉnh Lào Cai. Từ đây địa danh tỉnh Lào Cai được xác định trên bản đồ Việt Nam.

Trải qua những biến động thăng trầm của lịch sử, địa lý Lào Cai cũng có nhiều thay đổi. Về địa danh hành chính,qua nhiều lần tách nhập:

- Thành lập tỉnh dân sự Lào Cai (12/7/1907), phần đất của châu Thủy Vỹ bên hữu ngạn sông Hồng sáp nhập vào Chiêu Tấn, vẫn lấy tên là châu Thủy Vỹ. Từ đó địa danh Chiêu Tấn không còn. Phần đất của châu Thủy Vỹ bên tả ngạn sông Hồng được tách ra lập thành châu Bảo Thắng. Tỉnh Lào Cai gồm hai châu Thủy Vỹ, Bảo Thắng và các đại lý Mường Khương, Phong Thổ, Bát Xát, Bắc Hà (Pa Kha) và thị xã Lào Cai, trong đó có 855 làng bản, 6.812 hộ, 39.099 nhân khẩu, với 11 dân tộc chủ yếu: Hmông, Dao, Tày, Giáy... trong đó người H'mông chiếm 26,56%, Dao 22,41%, Tày, Giáy 20,77%, Kinh 4,52%, Nùng 7,33%, Thái 9,25%, U Ní 2,48%, Hoa Kiều 4,44%, còn lại là các dân tộc khác. 

- Sau khi tỉnh Lào Cai được giải phóng lần thứ nhất, Lào Cai được chia thành 8 huyện: Bắc Hà, Mường Khương, Bản Lầu, Bảo Thắng, Sa Pa, Bát Xát, Phong Thổ và thị xã Lào Cai.

- Ngày 13/5/1955, chuyển huyện Phong Thổ về khu tự trị Thái - Mèo quản lý (nay địa bàn Phong Thổ là thành phố Lai Châu và 2 huyện Phong Thổ, Tam Đường thuộc tỉnh Lai Châu).

- Ngày 27/12/1975, tại kỳ họp thứ 2 Quốc hội khóa V đã nghị quyết hợp nhất ba tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Nghĩa Lộ thành tỉnh mới lấy tên là Hoàng Liên Sơn.

- Ngày 17/4/1979, mở rộng thị xã Lào Cai trên cơ sở sáp nhập thị xã Cam Đường; hợp nhất lại 2 huyện Si Ma Cai và Bắc Hà thành một đơn vị hành chính lấy tên là huyện Bắc Hà.

- Ngày 12/8/1991 kỳ họp thứ 9 Quốc hội khóa VIII ra Nghị quyết chia tỉnh Hoàng Liên Sơn thành hai tỉnh Yên Bái và Lào Cai.

- Ngày 01/10/1991 tỉnh Lào Cai được tái lập, trên cơ sở vùng đất Lào Cai (cũ) và bổ sung thêm ba huyện: Bảo Yên, Văn Bàn (thuộc Yên Bái cũ), Than Uyên (thuộc Nghĩa Lộ cũ) bao gồm 8 huyện, hai thị xã.

- Ngày 9/6/1992, Hội đồng Bộ trưởng quyết định tách thị xã Lào Cai thành hai thị xã Lào Cai và Cam Đường.

- Ngày 30/12/2000, huyện Bắc Hà được tách thành hai huyện Si Ma Cai và Bắc Hà.

- Ngày 31/01/2002, Thủ tướng Chính phủ ban hành Nghị định sáp nhập thị xã Lào Cai và thị xã Cam Đường thành thị xã tỉnh lỵ Lào Cai.

- Ngày 1/01/2004, huyện Than Uyên được tách ra thuộc tỉnh Lai Châu (mới).

- Ngày 30/11/2004, Thủ tướng Chính phủ ban hành Nghị định số 195/2004/NĐ-CP về việc thành lập thành phố Lào Cai thuộc tỉnh Lào Cai. 

- Ngày 30 tháng 10 năm 2014 Thủ tướng Chính phủ ký công nhân thành phố Lào Cai là đô thị loại 2 trực thuộc tỉnh.

 Hiện nay, tỉnh Lào Cai gồm thành phố Lào Cai và 8 huyện: Bảo Thắng, Bảo Yên, Bắc Hà, Si Ma Cai, Mường Khương, Sa Pa, Bát Xát, Văn Bàn.