พะเยาเดิมเป็นที่ตั้งของเมือง ภูกามยาว หรือ พะยาว ที่ก่อตั้งขึ้นเมื่อพุทธศตวรรษที่ 16 โดยกษัตริย์องค์แรกคือ พญาจอมธรรม ซึ่งเป็นราชบุตรองค์หนึ่งจากเมืองหิรัญนครเงินยางเชียงแสน และเป็นบรรพบุรุษของกษัตริย์เมืองพะยาวอีกหลายองค์ เช่น พญาเจือง วีรบุรุษแห่งเผ่าไท-ลาวในพื้นที่ลุ่มแม่น้ำโขง และพญางำเมืองซึ่งได้กระทำสัตย์สาบานเป็นไมตรีต่อกันกับพญามังรายแห่งนครพิงค์เชียงใหม่ และพญาร่วงรามคำแหงแห่งสุโขทัย ภายหลังมีการเปลี่ยนแปลงอำนาจและตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของอาณาจักรล้านนา ในสมัยพญาคำฟู เมื่อถึงสมัยกรุงรัตนโกสินทร์ ใน พ.ศ. 2386 ตรงกับสมัยรัชกาลที่ 3 เมืองพะเยาถูกตั้งขึ้นใหม่พร้อมเมืองเชียงรายและเมืองงาวเพื่อเป็นเมืองหน้าด่านต่อตีกับกองทัพพม่าที่ตั้งอยู่ที่เมืองเชียงแสน โดยให้เมืองพะเยาขึ้นตรงต่อ นครลำปาง (พื้นที่บางส่วนของจังหวัดพะเยาปัจจุบัน ได้แก่ อำเภอเชียงม่วน อำเภอปง อำเภอเชียงคำ และอำเภอภูซางขึ้นตรงต่อนครน่าน) และในท้ายที่สุดก่อนที่พะเยาจะถูกยกฐานะขึ้นเป็นจังหวัด พะเยาอยู่ใต้การปกครองของจังหวัดเชียงรายในฐานะ อำเภอพะเยา และเมื่อวันที่ 28 สิงหาคม พ.ศ. 2520 อำเภอพะเยาได้ยกฐานะขึ้นเป็น จังหวัดพะเยา นับเป็นจังหวัดที่ 72 ของประเทศไทย