Phần lớn địa bàn thị trấn Đồi Ngô hiện nay trước đây là thị trấn Lục Nam và xã Tiên Hưng thuộc huyện Lục Nam.

Thị trấn Lục Nam được thành lập vào ngày 20 tháng 7 năm 1957 trên cơ sở tách một phần diện tích và dân số của xã Nam Sơn cũ^[5], là huyện lỵ huyện Lục Nam. Đến năm 1970, huyện lỵ được chuyển về đặt tại khu vực ngã tư Thân - Đồi Ngô.

Ngày 18 tháng 2 năm 1997, Chính phủ ban hành Nghị định 14/CP^[1]. Theo đó, thành lập thị trấn Đồi Ngô, thị trấn huyện lỵ huyện Lục Nam trên cơ sở 290 ha diện tích tự nhiên và 3.071 người của xã Chu Điện, 142 ha diện tích tự nhiên và 1.955 người của xã Tiên Hưng, 40 ha diện tích tự nhiên và 113 người của xã Tam Dị.

Sau khi thành lập, thị trấn Đồi Ngô có 472 ha diện tích tự nhiên và 5.139 người. Xã Tiên Hưng còn lại 694 ha diện tích tự nhiên và 5.321 người.

Năm 2018, thị trấn Đồi Ngô có diện tích 4,59 km², dân số là 8.979 người, mật độ dân số đạt 1.956 người/km². Thị trấn Lục Nam có diện tích 1,65 km², dân số là 3.839 người, mật độ dân số đạt 2.327 người, gồm 4 thôn: Vườn Hoa, Chàng 1, Chàng 2, Chàng 3, và 2 xóm: Phố, Tân Lục. Xã Tiên Hưng có diện tích 7,45 km², dân số là 6.150 người, mật độ dân số đạt 826 người/km².

Ngày 21 tháng 11 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 813/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Bắc Giang (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)^[4]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của thị trấn Lục Nam và xã Tiên Hưng vào thị trấn Đồi Ngô.

Ngày 4 tháng 2 năm 2021, Bộ Xây dựng ban hành Quyết định số 129/QĐ-BXD về việc công nhận thị trấn Đồi Ngô là đô thị loại IV.^[2]