Huyện Thiệu Hóa có diện tích tự nhiên 159,92 km², quy mô dân số năm 2022 là 185.845 người, mật độ dân số đạt 1.162 người/km².[2] Dân số năm 2019 là 160.732 người, mật độ dân số đạt 1.005 người/km².[4]
Thiệu Hóa ngày nay được kiến tạo từ hai vùng đất thuộc huyện Quân Ninh và huyện Tư Phố trong quận Cửu Chân. Dấu tích thành Tư Phố – trị sở của quận và lỵ sở của huyện, điểm hội tụ, đầu mối giao thông thủy - bộ của cả khu vực hiện vẫn còn tại làng Giàng (Dương Xá – Thiệu Dương).
Sang thời Lý – Trần, các huyện trên đổi tên là Lương Giang và Cửu Chân. Đến thời Lê, các tên gọi Thụy Nguyên và Đông Sơn lần lượt được sử dụng.
Sở dĩ Quân Ninh được gọi là Lương Giang vì có sông Lương (tên khác nữa là sông Lường), tên gọi cũ của sông Chu. Đến thế kỷ XV, vào đầu thời Lê Thuận Thiên (năm 1428), do là nơi phát tích của nhà Lê nên triều đình đem đất này đặt làm Tây Kinh và đổi tên huyện là Thụy Ứng. Khi Lê Thánh Tông định bản đồ, đưa huyện lỵ vào phủ Thiệu Thiên, lấy lại tên cũ là Lương Giang. Đời Đoan Khánh đổi tên thành huyện Thụy Nguyên.
Thời Nguyễn, dưới triều Gia Long, huyện lỵ dời về Mật Vật. Dưới thời Minh Mạng, huyện lỵ đóng ở Kiến Trung (nay thuộc thị trấn Thiệu Hóa). Năm 1815, phủ Thiệu Thiên đổi tên thành phủ Thiệu Hóa, huyện Thụy Nguyên thuộc phủ Thiệu Hóa.
Sau Cách mạng Tháng Tám, bỏ phủ Thiệu Hóa, huyện Thụy Nguyên được đổi thành huyện Thiệu Hóa.
Ngày 5 tháng 7 năm 1977, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định số 177-CP[6]. Theo đó:
Giải thể huyện Thiệu Hóa
Sáp nhập 15 xã ở tả ngạn sông Chu với huyện Yên Định để thành lập huyện Thiệu Yên
Sáp nhập 16 xã còn lại ở hữu ngạn sông Chu với huyện Đông Sơn để thành lập huyện Đông Thiệu (tuy nhiên đến năm 1982 lại đổi về tên cũ là Đông Sơn[7]).
Ngày 18 tháng 11 năm 1996, huyện Thiệu Hóa được tái lập theo Nghị định số 72-CP của Chính phủ.[1]
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).[10] Theo đó:
Sáp nhập hai xã Thiệu Minh và Thiệu Tâm thành xã Minh Tâm
Sáp nhập hai xã Thiệu Tân và Thiệu Châu thành xã Tân Châu
Sáp nhập xã Thiệu Đô và thị trấn Vạn Hà thành thị trấn Thiệu Hóa.
Ngày 13 tháng 12 năm 2023, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 939/NQ-UBTVQH15 (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 2 năm 2024)[5] về việc: