Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sơn La được thành lập theo Quyết định số 145/2003/QĐ-UB ngày 12/9/2003 của UBND tỉnh Sơn La trên cơ sở hợp nhất tổ chức của Sở Địa chính và các bộ phận thực hiện chức năng quản lý nhà nước về tài nguyên khoáng sản (thuộc Sở Công nghiệp), tài nguyên nước (thuộc Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn), môi trường (thuộc Sở Khoa học và Công nghệ) theo tinh thần Quyết định số 45/2003/QĐ-TTg ngày 02/4/2003 của Thủ tướng Chính phủ. Sở Tài nguyên và Môi trường Sơn La có chức năng tham mưu giúp Ủy ban nhân dân tỉnh quản lý nhà nước trên 6 lĩnh vực: Đất đai, tài nguyên nước, tài nguyên khoáng sản, môi trường, khí tượng thủy văn và đo đạc bản đồ. Sở chịu sự chỉ đạo, quản lý về tổ chức, biên chế công tác của UBND tỉnh, đồng thời chịu sự chỉ đạo, kiểm tra về chuyên môn, nghiệp vụ của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Khi mới thành lập, Sở có 72 cán bộ công chức, viên chức và lao động hợp đồng với 07 phòng chuyên môn, 03 đơn vị sự nghiệp thuộc Sở; trình độ đội ngũ cán bộ của Sở lúc ban đầu có 01 thạc sĩ; 41 kỹ sư, cử nhân; 01 cao đẳng; 25 trung cấp; 04 công nhân kỹ thuật các chuyên ngành, trong đó: 50% cán bộ có chuyên ngành quản lý đất đai, thổ nhưỡng, 11% cán bộ chuyên ngành trắc địa bản đồ; 6% chuyên ngành môi trường; 4% chuyên ngành địa chất, khoáng sản; 29% cán bộ các chuyên ngành khác, chưa có cán bộ có trình độ chuyên môn về tài nguyên nước, khí tượng thủy văn; tại cấp huyện có phòng nông nghiệp - địa chính, chưa thành lập phòng Tài nguyên và Môi trường, cấp xã có cán bộ phụ trách công tác địa chính, địa chính - xây dựng, địa chính - lâm nghiệp, chưa thống nhất bộ máy làm công tác quản lý tài nguyên và môi trường giữa tỉnh, huyện và xã trong toàn tỉnh. Bên cạnh đó khi mới thành lập Sở Tài nguyên và Môi trường còn gặp nhiều khó khăn thiếu thốn về cơ sở vật chất, trang thiết bị, điều kiện làm việc chưa đáp ứng được yêu cầu công việc.

Đến năm 2006 thành lập phòng Đất đai trên cơ sở sáp nhập Phòng Đăng ký đất đai và phòng Quy hoạch; thành lập Văn phòng đăng ký quyền sử dụng đất cấp tỉnh; năm 2007 thành lập Trung tâm phát triển quỹ đất; năm 2008 thành lập Chi cục Bảo vệ Môi trường, thành lập Trung tâm quan trắc Môi trường trực thuộc Chi cục Bảo vệ Môi trường; năm 2009 kiện toàn, sáp nhập Trung tâm đo đạc bản đồ vào Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên và Môi trường, thành lập phòng Tài chính - Kế hoạch - Tổng hợp; năm 2011 thành lập phòng Định giá đất. Đến năm 2018, Sáp nhập Chi cục Bảo vệ môi trường và Chi cục quản lý đất đai thành phòng Quản lý môi trường và Phòng Đất đai đo đạc bản đồ, và Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên và Môi trường cũng được cổ phần hóa thành Công ty cổ phần kỹ thuật Tài nguyên và Môi trường. Đây là những dấu mốc quan trọng, khẳng định sự trưởng thành, lớn mạnh về tổ chức của Sở Tài nguyên và Môi trường; Đến nay Sở Tài nguyên và Môi trường có 6 phòng chuyên môn, 04 đơn vị thuộc sở với tổng số 235 cán bộ; không những đội ngũ cán bộ của Sở được tăng cường về số lượng, mà còn nâng cao chất lượng, năng lực, trình độ, đến nay đội ngũ cán bộ của Sở có 01 tiến sỹ, 30 thạc sĩ, hơn 150 cán bộ có trình độ Đại học.

Cùng với sự lớn mạnh của Sở Tài nguyên và Môi trường, hệ thống Phòng Tài nguyên và Môi trường, Văn phòng đăng ký quyền sử dụng đất cấp huyện đã được thành lập đi vào hoạt động nề nếp tại 12/12 huyện, thành phố, số lượng cán bộ, công chức, viên chức cấp huyện là 111 người, trình độ chuyên môn từ trung cấp trở lên, là cơ quan tham mưu tích cực cho Sở Tài nguyên và Môi trường trong việc quản lý nhà nước về lĩnh vực tài nguyên và môi trường, nâng cao tính minh bạch trong việc giải quyết thủ hành chính, giải quyết tốt mối quan hệ giữa chức năng quản lý nhà nước và nhiệm vụ sự nghiệp.

Dưới sự chỉ đạo của UBND Tỉnh và sự hướng dẫn về chuyên môn của Bộ Tài nguyên và Môi trường, sự phối hợp của các ngành, địa phương, Ngành Tài nguyên và Môi trường đã nỗ lực tham mưu thực hiện công tác quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường trên địa bàn tỉnh, đã đạt được nhiều kết quả, góp phần quan trọng đáp ứng được yêu cầu phát triến kinh tế - xã hội của tỉnh trong giai đoạn mới hiện nay.