Tên gọi “Thành Sen” bắt nguồn từ Thành cổ Hà Tĩnh – một di tích kiến trúc quân sự xây dựng từ thời Nguyễn. Di tích nằm trên vùng đất phường Tân Giang xưa, vốn là trung tâm hành chính, quân sự, kinh tế của khu vực từ thế kỷ XIX.
Thành lập phường Thành Sen trên cơ sở nhập 8 đơn vị, gồm: phường Bắc Hà, phường Thạch Quý, phường Tân Giang, phường Thạch Hưng, phường Nam Hà, phường Trần Phú, phường Hà Huy Tập, phường Văn Yên và một phần diện tích, dân số của phường Đại Nài.
