Khởi thủy, thủ phủ của trấn Sơn Tây đặt ở La Phẩm (phía hữu ngạn sông Hồng, cách ngã ba Bạch Hạc độ 5 km, nay thuộc Ba Vì, Hà Nội). Giữa thế kỷ 18, trấn thành được dời về Mông Phụ (ngoại vi thị xã Sơn Tây ngày nay) để tránh nạn nước lụt. Đến năm 1822, Minh Mạng cho xây dựng thành phủ mới tại vùng đất giáp giới hai xã Mai Trai, Thuần Nghệ, dưới ngã ba Bạch Hạc độ 10 dặm. Vị trí này cách xa sông Hồng hơn thành cũ để tránh bị lở đất và cách thành Hà Nội, thủ phủ của Bắc Thành ở phía đông 37 dặm.
Năm 1831, Minh Mạng cải cách hành chính, giải thể Bắc Thành, đổi các trấn thành tỉnh, trấn Sơn Tây đổi thành tỉnh Sơn Tây. Thành trấn Sơn Tây cũ trở thành tỉnh lỵ của tỉnh Sơn Tây.
Sau khi ổn định chính quyền cai trị tại Việt Nam, đầu thế kỷ 20 (1903?), thực dân Pháp thành lập thị xã Sơn Tây, làm thủ phủ của tỉnh Sơn Tây mới, với các ranh giới phía tây, phía bắc và phía đông là sông Đà, sông Hồng và sông Đáy.
Ngày 1 tháng 7 năm 1965 tỉnh Sơn Tây nhập với tỉnh Hà Đông thành tỉnh Hà Tây. Thị xã Sơn Tây mất vị trí tỉnh lỵ vào tay thị xã Hà Đông và nhiều lần sát nhập vào Hà Sơn Bình (1975-1978), Hà Nội (1978-1991), Hà Tây (từ 1991).
Thị xã Sơn Tây được công nhận là đô thị loại III ngày 30 tháng 5 năm 2006 và đã được thủ tướng chính phủ ký quyết định nâng cấp lên thành phố Sơn Tây trực thuộc tỉnh Hà Tây ngày 2 tháng 8 năm 2007
Ngày 1 tháng 8 năm 2008, cùng với toàn bộ tỉnh Hà Tây, thành phố Sơn Tây được nhập về thủ đô Hà Nội. Tuy nhiên, ngày 11 tháng 12 năm 2008, lãnh đạo thành phố này lại xin Chính phủ chuyển từ thành phố về làm thị xã.
Sơn Tây có nhiều danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử - văn hóa nổi tiếng như hồ Đồng Mô, thành cổ Sơn Tây, làng Việt cổ đá ong Đường Lâm, Chùa Mía, lễ hội đền Và.
Nổi tiếng với sự tích Sơn Tinh-Thủy Tinh.
* Thành cổ Sơn Tây: Nằm ở trung tâm thị xã, là một công trình quân sự kiến trúc theo kiểu Vauban được xây dựng từ năm Minh Mạng thứ 3 (năm 1822).
* Khu di tích lịch sử - văn hóa Đường Lâm (đất hai vua): cách thị xã khoảng 4 km và trung tâm Hà Nội 46 km về phía bắc, xưa kia Đường Lâm có tên gọi là Kẻ Mía. Là làng xã duy nhất trong cả nước cùng sinh ra hai vị vua: Phùng Hưng (761 - 802); Ngô Quyền (898-944) nên Đường Lâm được tôn vinh là "đất hai vua", đúng hơn là "làng hai vua".
* Thắng cảnh hồ Đồng Mô: Nằm trong vùng đồi và thung lũng phía đông núi Ba Vì, hồ Đồng Mô, Ngải Sơn với diện tích gần 2.000 ha, trong đó khu chứa nước 1.450 ha với 21 đảo lớn, nhỏ đã tạo cho cảnh quan vùng này những nét đặc sắc tạo ấn tượng cho khách du lịch.
* Khoang Xanh - Suối Tiên:
* Đền Và: thờ đức Thánh Tản, vị thần cai quản Tản Viên Sơn - một trong "Tứ bất tử" trên điện thần nước Việt Nam. Ngôi đình cổ kính có niên đại từ thời Lê Trung Hưng đến thời Nguyễn, nằm giữa rừng lim già đại thụ, tọa lạc trên gò đất rộng 5 ha hình con rùa, đầu quay về hướng bắc, nổi tiếng là nơi cầu đảo rất linh hiển. Đền Và nằm kề bên địa danh Xã Tắc (nay thuộc phường Trung Hưng), là nơi diễn ra vụ tập kích Sơn Tây của không lực Hoa Kỳ năm 1970.
* Làng Văn hoá du lịch các dân tộc Việt Nam đã được khởi công ở Đồng Mô với qui mô 54 dân tộc anh em sẽ trở thành một địa danh du lịch nghỉ dưỡng quan trọng của Hà Nội.
Năm 1831, Minh Mạng cải cách hành chính, giải thể Bắc Thành, đổi các trấn thành tỉnh, trấn Sơn Tây đổi thành tỉnh Sơn Tây. Thành trấn Sơn Tây cũ trở thành tỉnh lỵ của tỉnh Sơn Tây.
Sau khi ổn định chính quyền cai trị tại Việt Nam, đầu thế kỷ 20 (1903?), thực dân Pháp thành lập thị xã Sơn Tây, làm thủ phủ của tỉnh Sơn Tây mới, với các ranh giới phía tây, phía bắc và phía đông là sông Đà, sông Hồng và sông Đáy.
Ngày 1 tháng 7 năm 1965 tỉnh Sơn Tây nhập với tỉnh Hà Đông thành tỉnh Hà Tây. Thị xã Sơn Tây mất vị trí tỉnh lỵ vào tay thị xã Hà Đông và nhiều lần sát nhập vào Hà Sơn Bình (1975-1978), Hà Nội (1978-1991), Hà Tây (từ 1991).
Thị xã Sơn Tây được công nhận là đô thị loại III ngày 30 tháng 5 năm 2006 và đã được thủ tướng chính phủ ký quyết định nâng cấp lên thành phố Sơn Tây trực thuộc tỉnh Hà Tây ngày 2 tháng 8 năm 2007
Ngày 1 tháng 8 năm 2008, cùng với toàn bộ tỉnh Hà Tây, thành phố Sơn Tây được nhập về thủ đô Hà Nội. Tuy nhiên, ngày 11 tháng 12 năm 2008, lãnh đạo thành phố này lại xin Chính phủ chuyển từ thành phố về làm thị xã.
Sơn Tây có nhiều danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử - văn hóa nổi tiếng như hồ Đồng Mô, thành cổ Sơn Tây, làng Việt cổ đá ong Đường Lâm, Chùa Mía, lễ hội đền Và.
Nổi tiếng với sự tích Sơn Tinh-Thủy Tinh.
* Thành cổ Sơn Tây: Nằm ở trung tâm thị xã, là một công trình quân sự kiến trúc theo kiểu Vauban được xây dựng từ năm Minh Mạng thứ 3 (năm 1822).
* Khu di tích lịch sử - văn hóa Đường Lâm (đất hai vua): cách thị xã khoảng 4 km và trung tâm Hà Nội 46 km về phía bắc, xưa kia Đường Lâm có tên gọi là Kẻ Mía. Là làng xã duy nhất trong cả nước cùng sinh ra hai vị vua: Phùng Hưng (761 - 802); Ngô Quyền (898-944) nên Đường Lâm được tôn vinh là "đất hai vua", đúng hơn là "làng hai vua".
* Thắng cảnh hồ Đồng Mô: Nằm trong vùng đồi và thung lũng phía đông núi Ba Vì, hồ Đồng Mô, Ngải Sơn với diện tích gần 2.000 ha, trong đó khu chứa nước 1.450 ha với 21 đảo lớn, nhỏ đã tạo cho cảnh quan vùng này những nét đặc sắc tạo ấn tượng cho khách du lịch.
* Khoang Xanh - Suối Tiên:
* Đền Và: thờ đức Thánh Tản, vị thần cai quản Tản Viên Sơn - một trong "Tứ bất tử" trên điện thần nước Việt Nam. Ngôi đình cổ kính có niên đại từ thời Lê Trung Hưng đến thời Nguyễn, nằm giữa rừng lim già đại thụ, tọa lạc trên gò đất rộng 5 ha hình con rùa, đầu quay về hướng bắc, nổi tiếng là nơi cầu đảo rất linh hiển. Đền Và nằm kề bên địa danh Xã Tắc (nay thuộc phường Trung Hưng), là nơi diễn ra vụ tập kích Sơn Tây của không lực Hoa Kỳ năm 1970.
* Làng Văn hoá du lịch các dân tộc Việt Nam đã được khởi công ở Đồng Mô với qui mô 54 dân tộc anh em sẽ trở thành một địa danh du lịch nghỉ dưỡng quan trọng của Hà Nội.
