Thời phong kiến, địa phận Sa Pa thuộc châu Thủy Vĩ , phủ Quy Hóa, tỉnh Hưng Hóa. Đến thời Minh Mạng nhà Nguyễn, châu Thủy Vĩ được chia thành nhiều tổng, địa phận Sa Pa được tách ra, lập thành tổng Hướng Vinh, bao gồm 15 làng. Mùa đông năm 1903, đoàn thám hiểm của Sở địa lý Đông Dương trong khi tiến hành đo đạc xây dựng bản đồ tỉ lệ 1/100.000 đã khám phá ra cảnh quan cao nguyên Lồ Suối Tủng và làng Sa Pả thượng nguồn Ngòi Đum. Đoàn thám hiểm đã đặt tên cao nguyên này là Cao trạm Sa Pa. Sự kiện này đã ghi dấu vào quá trình phát triển Sa Pa và trở thành mốc lịch sử phát hiện ra Sa Pa.
Năm 1905, những thông tin đầu tiên về địa lý, khí hậu, thảm thực vật... đã được thu thập. Sau khi tỉnh Lào Cai được thành lập (12/7/1907), khu Sa Pa được hình thành gồm 2 xã: Bình Lư và Hướng Vinh. Năm 1909, một khu điều dưỡng được người Pháp xây dựng. Năm 1917, một văn phòng du lịch được thành lập ở Sa Pa và một năm sau, người Pháp bắt đầu xây dựng những biệt thự đầu tiên. Năm 1920, tuyến đường sắt Hà Nội – Lào Cai hoàn thành, Sa Pa được xem như thủ đô mùa hè của miền Bắc. Ở đây có đầy đủ hệ thống thủy điện, trạm nước, sở than, kho bạc, kiểm lâm, hệ thống đường nhựa và các điều kiện cần thiết để trở thành một nơi nghỉ mát, điều dưỡng lý tưởng. Những năm thập kỷ 1930, Sa Pa đổi thành Hạt, bao gồm 37 làng, một phố và có 1020 hộ. Ngày 9/3/1944, châu Sa Pa được thành lập, bao gồm 2 xã là Mường Hoa, Hướng Vinh và khối phố Xuân Viên (Thị xã Sa Pa ngày nay). Năm 1948, Sa Pa được chia thành 3 xã là Sa Pa Chung, Mường Bo, Kim Hoa (Sau còn gọi là Móng Và). Năm 1976, khi sát nhập tỉnh Hoàng Liên Sơn từ 2 tỉnh: Lào Cai, Yên Bái và Nghĩa Lộ, thì Sa Pa trở thành một huyện của tỉnh Hoàng Liên Sơn. Đến năm 1991, sau khi tỉnh Lào Cai được tái lập thì Sa Pa là một huyện của tỉnh Lào Cai ngày nay, trở thành một du lịch nổi tiếng trong nước và được nhiều bạn bè quốc tế biết và tìm đến.