Theo các tài liệu, trong lịch sử vùng đất Thọ Diên luôn thuộc huyện Thọ Xuân. Vùng đất Thọ Xuân thời Hùng Vương thuộc bộ Cửu Chân; thời thuộc Hán (111 Tr CN đến năm 210) thuộc huyện Tư Phố (Cửu Chân); thời Tam Quốc - Lưỡng Tấn-Nam Bắc Triều (từ năm 210 - 581) vẫn thuộc huyện Tư Phố; thời thuộc Tùy (518 - 617) thuộc huyện Di Phong, nhà Đường (618 - 905) thuộc huyện Trường Lâm( Châu Ái); thời Lý - Trần vùng đất này mang tên Cổ Lôi thuộc phủ (trại, lộ, trấn) Thanh Hóa, Thanh Đô (từ 1397 - 1407); thời thuộc Minh vẫn theo như thế và thuộc phủ Thanh Hóa; đời Lê Quang Thuận (1460-1470) thuộc phủ Thiệu Thiên; từ Quang Thuận về sau đổi là  huyện Lôi Dương [(Đào Duy Anh, Đất nước VN qua các đời. NXB Thuận Hóa, 1997, tr. 152,166).20, tr 84-91].

Thời Gia Long, miền đất Thọ Xuân thuộc phủ Thiệu Thiên gồm huyện Lôi Dương và một phần huyện Thụy Nguyên thuộc phủ Thanh Đô. Năm Minh Mệnh thứ 2 (1821) đổi Phủ Thanh Đô làm phủ Thọ Xuân.

Vào thời nhà Nguyễn (đầu thế kỷ XIX), tổ chức bộ máy hành chính rất chặt chẽ, dưới huyện có các tổng, đưới tổng có các thôn, trang, vạn (sau đổi là xã, có lúc là thôn). Đến đời vua Đồng Khánh (1885 - 1888), đơn vị hành chính huyện Thọ Xuân có 9 tổng: Lôi Dương, Kiên Thạch, Nam Cai, Thượng Cốc, Bất Náo, Tam Lộng, Diên Hào, Mục Sơn, Bái Đô. 

Vào đầu thế kỷ XX, Triều Nguyễn cắt tổng Quảng Yên và tổng Phú Hà (phủ Thiệu Hóa) về phủ Thọ Xuân. Như vậy, đến trước Cách mạng Tháng Tám, phủ Thọ Xuân có 11 tổng, trong đó các làng Hải Trạch, Thịnh Mỹ, Quần Đội, Quần Lai và phố Tứ Trụ (nơi đóng lỵ sở của phủ Thọ Xuân)thuộc tổng Diên Hào, huyện Lôi Dương, phủ Thọ Xuân. 

Sau Cách mạng Tháng Tám 1945, phủ Thọ Xuân đổi thành huyện Thọ Xuân. Chính quyền Cách mạng đã giải thể các tổng và lập ra 22 đơn vị hành chính xã. Và tổng Diên Hào được lập thành một xã. Năm 1948, có tên là xã Thọ Sơn bao gồm 3 xã hiện nay là Thọ Diên, Thọ Lâm, Thọ Hải. Đến năm 1955, tách xã Thọ Sơn làm 3 xã: Thọ Lâm, Thọ Hải và Thọ Diên. 

Đến năm 1954, Thọ Xuân lại tách các xã lớn lập thành 54 xã với 190 thôn, 24 xóm. Năm 1964, tách 13 xã phía nam huyện Thọ Xuân và 20 xã của huyện Nông Cống để thành lập huyện Triệu Sơn; đồng thời cắt 4 xã phía tây Thọ Xuân nhập về huyện Thường Xuân; huyện Thọ Xuân còn 41 xã, thị trấn.

Theo lời kể của các cụ cao niên trong làng, thì ông Trần Trung, người làng cổ Am, Hải Phòng, đỗ cử nhân làm Tri phủ Yên Dũng - Bắc Ninh. Vì có tài được vua Tự Đức với vào triều làm cố vấn cho vua. Năm Ất Mùi (1885), tự thấy mình có lỗi, ông xin từ quan về quê, đến làng Hải Mao thấy đẹp liền mua hai mẫu lập gia trang và đặt tên là Hải Trạch. Năm Mậu Tý (1888), ông cho xây dựng Văn chỉ thờ Khổng Tử và những người đỗ đạt trong vùng, xây dựng chùa Hộ Quốc (Hộ Quốc Tự) lại đề bên dưới ba chữ Hộ Quốc Tự 4 chữ Tứ Trụ Triều Đình để ghi công 4 ông Thượng thư được vua cử về xây dựng Từ cung bà Trịnh Thị Ngọc Lung. 

Năm 1948, cuộc kháng chiến chống Thực dân Pháp của nhân dân ta lan rộng toàn quốc. Thanh Hóa là vùng hậu phương vững chắc, đồng bào Nam Định, Hà Nam, Thái Bình, Ninh Bình tản cư vào Thanh Hóa, một số lên vùng Hải Trạch mở hàng ăn, hàng tạp hóa, hình thành một phố nhỏ, lại lấy hai chữ đầu của bốn chữ Tứ Trụ Triều Đình đặt tên cho vùng đất mình đến cư ngụ. Tên phố Tứ Trụ có từ đó lưu truyền cho đến ngày nay). Vì vậy, hiện nay xã Thọ Diên có 4 làng (Thịnh Mỹ (xưa còn gọi là phường Yên Hà, Đa mỹ, tên nôm là làng Mía); Hải Trạch; Quần Lai (tên nôm là làng Mau); Quần Đội) và phố Tứ Trụ.

Theo tài liệu lịch sử, các làng ở Thọ Diên được hình thành từ cuối thời XI. Vùng đất có đường giao thông rất thuận tiện chạy qua trung tâm xã, có tỉnh lộ 506 đi Bái Thượng, Thị trấn Lam Sơn và Triệu Sơn, TP Thanh Hóa. Và có đường 47B đi qua ngã tư Dân Lực qua cầu Thiều đến Rừng Thông về thành phố Thanh Hóa. Từ đó,chợ búa, phố phường xuất hiện và phát triển nhộn nhịp. Vùng đất này thu hút số lượng lớn dân đến sinh cư lạc nghiệp. Tựu cơ về đây là dinh cơ của một số quan lại, cửa hiệu hàng quán của dân buôn, thương gia, thầy thuốc. Đơn vị hành chính cấp cơ sở của Thọ Diên trước năm 1945 là thôn, làng, có lúc là xã.

Trước Cách mạng tháng Tám 1945, cũng như các làng quê Việt Nam nói chung và Thanh Hóa nói riêng, tổ chức hành chính làng ở Thọ Diên dồm Kỳ mục và Lý dịch.

- Tổ chức Kỳ mục (gọi là hào mục), gồm các quan viên về hưu, cựu lý trưởng, phó lý, người cao tuổi có uy tín trong làng... có trách nhiệm cùng với tiên chỉ bàn định công việc làng nước khi giao cho hội đồng lý dịch thi hành.

- Tổ chức Lý dịch: gồm lý trưởng, phó lý và Hội đồng ngũ (Hương bạ, Hương kiểm, Hương mục, Hương bản).

Ngoài ra tổ chức phi hành chính ở các thôn làng dưới chế độ phong kiến còn có phe, giáp phường hội. Nghĩa vụ đóng góp của các phe, giáp khi làng có công việc rất nặng nề (thờ cúng, lễ hội...)

Trong làng còn có làng văn, làng võ, làng nhiêu. Tổ chức làng văn, làng võ có ý nghĩa tôn vinh, khích lệ tinh thần thượng võ, tôn vinh nhưng xng]ời có học được ghi trong văn chỉ của làng. Còn làng nhiêu là những người nhiều tiền mua chức để tránh phu phen tạp dịch, lại được “ăn trên ngồi trốc” trong làng.

Mỗi làng ở xã Thọ Diên trước đây đều có ngôi đình để hội họp dân làng hoặc tế lễ, sinh hoạt văn hóa tâm linh và là nơ làm việc của hội đồng lý dịch.