Phường Mộc Châu được thành lập theo Nghị quyết 1681/NQ-UBTVQH15 ngày 16/6/2025 của Ủy ban Thường vụ Quốc hội về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã của tỉnh Sơn La - Là đơn vị hành chính - kinh tế - chính trị mới hình thành trên cơ sở nhập toàn bộ diện tích tự nhiên là 139,93 km², quy mô dân số là 8.136 người của xã Chiềng Hắc; toàn bộ diện tích tự nhiên là 7,03 km², quy mô dân số là 6.781 người của phường Mộc Lỵ và toàn bộ diện tích tự nhiên là 20,66 km², quy mô dân số là 6.170 người của phường Mường Sang. Sau khi thành lập phường Mộc Châu có diện tích tự nhiên là 167,62 km², quy mô dân số là 21.087 người với 13 bản và 15 tổ dân phố.

Phường Mộc Châu có tuyến Quốc lộ 6 kết nối Phú Thọ - Sơn La - Điện Biên; tuyến đường Quốc lộ 43 kết nối cửa khẩu Quốc tế Lóng Sập; Tuyến đường trục chính nội thị kết nối với phường Vân Sơn, phường Mộc Sơn. Tổng chiều dài tuyến đường khu vực hiện có là 54,9km.

Phường Mộc Châu giáp các xã: Tân Yên, Chiềng Sơn, Lóng Sập, Chiềng Hặc và các phường: Thảo Nguyên, Mộc Sơn.

Địa hình đa dạng, xen kẽ núi, đồi, cao nguyên, thảo nguyên, lòng chảo, khe vực, suối. Khí hậu ôn hòa, mát mẻ quanh năm, Có hệ sinh thái đa dạng thích hợp trồng các loại rau, hoa, quả... Có các khu, điểm du lịch lớn danh tiếng như Happyland, Cầu kính Bạch Long, Thác Dải Yếm, Điểm du lịch Hang Táu, Di tích Tây Tiến và Đồn Mộc Lỵ, Khách sạn Glenda Tower, Mạnh Tuân…