มีหลักฐานเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาว่า ก่อตั้งโดยชนเผ่าไทยที่สืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษที่ก่อตั้งอาณาจักรโยนกเชียงแสน โดยพ่อขุนบางกลางหาวและพ่อขุนผาเมือง (เชื่อถือกันว่าเป็นเชื้อสายราชวงศ์สิงหนวัติ) ได้มีผู้คนอพยพจากอาณาจักรโยนกเชียงแสนที่ล่มสลายแล้ว ผ่านดินแดนล้านช้าง ข้ามลำน้ำเหืองขึ้นไปทางฝั่งขวาของลำน้ำหมันถึงบริเวณที่ราบ พ่อขุนผาเมืองได้ตั้งบ้านด่านขวา (ปัจจุบันอยู่ในบริเวณชายเนินนาด่านขวา ซึ่งมีซากวัดเก่าอยู่ในแปลงนาของเอกชน ระหว่างหมู่บ้านหัวแหลมกับหมู่บ้านนาเบี้ย อำเภอด่านซ้าย) ส่วนพ่อขุนบางกลางหาวได้แบ่งไพร่พลข้ามลำน้ำหมันไปทางฝั่งซ้าย สร้างบ้านด่านซ้าย (สันนิษฐานว่าอยู่ในบริเวณหมู่บ้านเก่า อำเภอด่านซ้ายในปัจจุบัน) ต่อมาจึงได้อพยพเลื่อนขึ้นไปตามลำน้ำไปสร้างบ้านหนองคู และได้นำนามหมู่บ้านด่านซ้าย มาขนานนามหมู่บ้านหนองคูใหม่ เป็น "เมืองด่านซ้าย" อพยพไปอยู่ที่เมืองบางยางในที่สุด โดยมีพ่อขุนผาเมืองอพยพผู้คนติดตามไปตั้งเมืองราด (เชื่อว่าเป็นเมืองศรีเทพ อยู่ในท้องที่อำเภอศรีเทพและอำเภอวิเชียรบุรี จังหวัดเพชรบูรณ์) และตั้งเมืองด่านซ้าย เป็นเมืองหน้าด่านทางตะวันออกของเมืองบางยาง
นอกจากนี้แล้ว ยังมีชาวโยนกอีกกลุ่มหนึ่งได้อพยพมาตั้งบ้านเรือนระหว่างชายแดนตอนใต้ของอาณาเขต ล้านนา ต่อแดนล้านช้างอยู่ชั่วระยะเวลาหนึ่ง ก่อนที่จะอพยพหนีภัยสงครามข้ามลำน้ำเหืองมาตั้งเมืองเซไลขึ้น (สันนิษฐานว่าอยู่ในท้องที่หมู่บ้านทรายขาว ตำบลทรายขาว อำเภอวังสะพุง) จากหลักฐานในสมุดข่อยที่มีการค้นพบ เมืองเซไลอยู่ด้วยความสงบร่มเย็นมาจนกระทั่งถึงสมัยเจ้าเมืองคนที่ 5 เกิดทุพภิกขภัย ข้าวยากหมากแพง ฝนฟ้าไม่ตก จึงได้พาผู้คนอพยพไปตามลำแม่น้ำเซไลถึงบริเวณที่ราบระหว่างปากลำห้วยไหลตกแม่เซไล จึงได้ตั้งบ้านเรือนขึ้นขนานนามว่า "บ้านแห่" (บ้านแฮ่) ส่วนลำห้วยให้ชื่อว่า "ห้วยหมาน"
ในปี พ.ศ. 2396 พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพิจารณาเห็นว่า หมู่บ้านแฮ่ซึ่งตั้งอยู่ริมฝั่งห้วยน้ำหมาน และอยู่ใกล้กับแม่น้ำเลย มีผู้คนเพิ่มมากขึ้น สมควรจะได้ตั้งเป็นเมือง เพื่อประโยชน์ในการปกครองอย่างใกล้ชิด จึงได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้จัดตั้งเป็นเมืองเรียกชื่อตามนามของแม่น้ำเลยว่า เมืองเลย ต่อมา พ.ศ. 2440 ได้มีประกาศใช้พระราชบัญญัติลักษณะปกครองพื้นที่ ร.ศ.116 แบ่งการปกครองเมืองเลยออกเป็น 3 อำเภอ ได้แก่ อำเภอกุดป่อง อำเภอท่าลี่(เดิมตำบลอาฮีเป็นอำเภอ แต่ถูกลดบทบาทลงเป็นตำบลเพราะอยู่ใกล้กับแม่น้ำเหื่องมีผลมาจากการเสียดินแดนให้ลาวโดยประเทศฝรั่งเศส) อำเภอนากอก (ปัจจุบันอยู่สาธารณรัฐประชาธิปไตยประชาชนลาว) อำเภอที่ตั้งเมืองคือ อำเภอกุดป่อง ต่อมา พ.ศ. 2442-2449 ได้เปลี่ยนชื่อเมืองเลยเป็น บริเวณลำน้ำเลย พ.ศ. 2449-2450 เปลี่ยนชื่อบริเวณลำน้ำเลยเป็นบริเวณลำน้ำเหือง และใน พ.ศ. 2450 ได้มีประกาศของกระทรวงมหาดไทยลงวันที่ 4 มกราคม พ.ศ. 2450 ยกเลิกบริเวณลำน้ำเหือง ให้คงเหลือไว้เฉพาะ "เมืองเลย" โดยให้เปลี่ยนชื่ออำเภอกุดป่อง เป็น "อำเภอเมืองเลย"
