Phần lớn địa bàn thị trấn Sao Vàng hiện nay trước đây là xã Xuân Thắng thuộc huyện Thọ Xuân. Xã Xuân Thắng được thành lập vào năm 1953 trên cơ sở tách một phần diện tích và dân số của xã Tân Hưng.^[8]

Ngày 8 tháng 3 năm 1967, Bộ Nội vụ ban hành Quyết định số 89-NV về việc phê chuẩn thành lập 4 thị trấn Nông trường thuộc tỉnh Thanh Hoá gồm: Thị trấn Nông trường Hà Tủng thuộc huyện Hà Trung; thị trấn Nông trường Sao Vàng thuộc huyện Thọ Xuân, thị trấn Nông trường Phúc Do thuộc huyện Cẩm Thuỷ, thị trấn nông trường Yên Mỹ thuộc huyện Nông Cống.. Theo đó, thành lập thị trấn nông trường Sao Vàng thuộc huyện Thọ Xuân.

Ngày 5 tháng 8 năm 1999, Chính phủ ban hành Nghị định số 65/1999/NĐ-CP về việc điều chỉnh địa giới hành chính để thành lập xã, thị trấn thuộc các huyện Quan Sơn, Mường Lát, Như Xuân và Thọ Xuân, tỉnh Thanh Hoá. Theo đó, giải thể thị trấn nông trường Sao Vàng và thành lập thị trấn Sao Vàng trên cơ sở 4.950 người của thị trấn nông trường Sao Vàng đang quản lý, 102,5 ha diện tích tự nhiên của xã Thọ Lâm, 186,5 ha diện tích tự nhiên của xã Xuân Thắng.

Sau khi thành lập, thị trấn Sao Vàng có 289 ha diện tích tự nhiên và 4.950 người với 6 khu dân cư. Xã Xuân Thắng còn lại 1.547,5 ha diện tích tự nhiên và 4.126 người. Tuy nhiên thị trấn Sao Vàng quản lý hành chính 22 khu dân cư với hơn 8000 nhân khẩu, diện tích hơn 3000ha thuộc địa giới hành chính 6 xã thị trấn gồm: thị trấn Lam Sơn, xã Thọ Xương, xã Xuân Phú, xã Thọ Lâm, xã Xuân Thắng, xã Xuân Sơn.

Năm 2010, tiến hành bàn giao 16 khu dân cư theo địa giới hành chính 364 về các xã quản lý bao gồm:

Bàn giao đội 13, đội 15 về xã Xuân Sơn quản lý

Bàn giao đội 6, đội 8, đội 2 và 1 phần đội 11 về xã Xuân Thắng quản lý

Bàn giao đội 3 vê xã Xuân Phú quản lý

Bàn giao đội 385, đội 16A, 1 phần đội 16B về xã Thọ Xương quản lý

Bàn giao 1 phần đội 385, 1 phần đội 16B về thị trấn Lam Sơn quản lý

Bàn giao Đội 4A, đội 4B, đội Vôi Đá về xã Thọ Lâm quản lý

Thị trấn Sao vàng còn 6 khu: khu 1,2,3,4,5,6

Ngày 17/8//2018, UBND tỉnh Thanh Hoá ban hành Quyết định số 3110/QĐ-UBND về việc đổi tên, chuyển thôn thành khu phố, sáp nhập để thành lập thôn, tổ dân phố mới tại xã, phường, thị trấn thuộc các huyện, thị xã, thành phố trên địa bàn tỉnh Thanh Hoá. Sau sáp nhập, thị trấn Sao Vàng còn 4 khu: 1,2,3,4.

Ngày 20 tháng 6 năm 2018, Bộ Xây dựng ban hành Quyết định số 834/QĐ-BXD công nhận đô thị Lam Sơn – Sao Vàng (gồm các thị trấn Lam Sơn, Sao Vàng; các xã Thọ Xương, Xuân Bái, Xuân Lam và một phần các xã Thọ Lâm, Xuân Phú, Xuân Thắng) là đô thị loại IV.^[2][10]

Đến năm 2018, thị trấn Sao Vàng có diện tích 2,55 km², dân số là 3.113 người, mật độ dân số đạt 1.221 người/km², gồm 4 khu phố: 1, 2, 3, 4. Xã Xuân Thắng có diện tích 16,14 km², dân số là 6.284 người, mật độ dân số đạt 389 người/km², gồm 11 thôn: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11.

Ngày 16 tháng 10 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 786/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Thanh Hóa (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 12 năm 2019)^[3]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của xã Xuân Thắng vào thị trấn Sao Vàng.

Thị trấn Sao Vàng hiện nay có diện tích tự nhiên là 18,69 km², quy mô dân số 9.397 người. Có 15 khu phố gồm: Khu phố 1,2,3,4,5,6,7,8,9, 10, 11, khu phố Xuân Hợp, khu phố Xuân Tâm, khu phố Tân Lập, khu phố Xuân Long.