Cuộc tổng điều tra đời Gia Long (1804) đã có tên làng Diên Hào. Sách " Tên làng xã Việt Nam đầu thế kỷ XIX", nhà xuất bản khoa học xã hội, Hà Nội 1981, trang 113 có ghi về " Tổng Diên Hào có 22 xã, thôn, trong đó có thôn Duyên Hào".

Như vậy, tuy là vùng đất có người sinh sống từ lâu nhưng đến đầu thế kỷ XTX, vùng đất Thọ Lâm mới chỉ có một đơn vị hành chính trực thuộc tổng Diên Hào là làng Diên Hào. Trên đất Thọ Xuân thời nhà Nguyễn có nhiều làng trùng tên với huyện, xã như làng Lôi Dương (nay là xã Thiệu Dương) thuộc tổng Lôi Dương, huyện Lôi Dương ( Nay thuộc huyện Thiệu Hóa), Làng Nam Cai (xx Tây Hồ) tổng Nam Cai, làng Yên Trường thuộc tổng Yên Trường huyện Thụy Nguyên (nay là Thọ Lập)... Những làng, thôn này là đơn vị hành chính giàu có, gần đường giao thông... Do vậy, Diên Hào có vị trí quan trọng thuộc tổng Diên Hào. Các làng khác chưa có người sinh sống hoặc phụ thuộc vào làng Diên Hào.

Cuộc điều tra dân số đời Vua Đồng Khánh cho biết: Năm 1886 trên vùng đất xã Thọ Lâm ngày nay có thêm thôn Diên Hào (trực thuộc xã Diên Hào). Vậy thôn Hiền Hào được tách ra từ thôn Diên Hào ( lúc này làng Diên Hào được nâng cấp thành xã). Thôn Quần Ngọc một thôn nhỏ chỉ có 11 xuất đinh cũng ra đời từ đời vu Đồng Khánh (1887).

Cách mạng tháng Tám năm 1945 thành công, cấp tổng được giải thể, cấp xã được thành lập. Thọ Lâm thuộc xã Bắc Sơn, đầu năm 1948 đổi xã Bắc Sơn thành xã Thọ Sơn hợp với xã Thọ Vinh thành xã Thọ Diên. Đến năm 1954 lại chia xã Thọ Diên thành 3 xã là: Thọ Lâm, Thọ Diên và Thọ Hải. Tên xã Thọ Lâm có từ năm ấy.

Lúc ấy xã Thọ Lâm gồm có 9 làng, trại là:

Diên Hào, Hiền Hào, Tân Thành, Tân Lâm, Tân Phúc, Điền Trạch, Đăng Lâu, Quần Ngọc, Trại Mía.

Năm 1957 chuyển một phần đất của Thọ Lâm cho tập đoàn sản xuất Miền Nam. Ngày 01 tháng 01 năm 1960, tập đoàn chuyển thành nông trường Quốc doanh Sao Vàng. Ngày 8 tháng 3 năm 1967, thành lập Thị trấn nông trường Sao Vàng. Năm 1999 thành lập thị trấn Sao Vàng, chuyển một số dân cư đất đai về Thọ Lâm.

Ngày 17/2/1991, Thọ Lâm lại cắt một phần đất và dân cư để thành lập thị trấn Lam Sơn.

Địa giới hành chính của xã đã qua nhiều lần thay đổi về tên gọi, đất đai. Trước cách mạng tháng 8 năm 1945, là đất của làng Ấp thuộc tổng Diên Hào ( còn gọi là Duyên Hào), huyện Lôi Dương, Phủ Thọ Xuân, tỉnh Thanh Hóa. Các làng đều chịu sự lãnh đạo trực tiếp của cai tổng Diên Hào. Các làng, trại ấp đó là: Diên Hào, Hiền Hào, Tân Thành, Tân Lâm, Tân Phúc, Điền Trạch, Đăng Lâu, Quần Ngọc, Trại Mía. Năm 2010, phần đất của thị trấn Sao Vàng chuyển về là các thôn: Đá Vôi, 4B. 4A và thôn 5B. Như vậy đến thời điểm hiện nay xã Thọ Lâm có 14 đơn vị thôn, làng.