As origens de Poxoréu são garimpeiras. No fim do século XIX, garimpeiros procuravam infrutiferamente diamantes nas cabeceiras do Rio São Lourenço. Mas a 24 de junho de 1924, João Arenas Teixeira dirigiu-se à Fazenda Firmeza, de Antonio Barcelos, a fim de formar uma expedição ao Rio São Lourenço. Com Pedro José, José Pacífico, Antonio Diamantino, Rueda, Francisco Louzada, Félix Abadie e mais um companheiro foram examinando os cascalhos indicadores de diamante, as formas no jargão garimpeiro.
A região, já bem conhecida, apresentava rios ainda sem nomes. O primeiro diamante foi encontrado no dia 29 de junho e por isso deram o nome de São Pedro ao córrego. A notícia do diamante se espalhou e a região dos córregos São Paulo, Pombas, Sete, São Pedro sentiu a corrida garimpeira. A corrutela maior foi a de São Pedro.
Em 1927 ocorreu incêndio desolador em São Pedro e os garimpeiros mudaram-se para o sopé do Morro da Mesa, a 30 quilômetros da região explorada até então, às margens do Rio Poxoréu. Assentaram-se os começos de Poxoréu.
A primeira denominação do lugar foi Morro da Mesa, em referência ao exuberante morro que tem a forma de mesa talhada em arenito triássico. Posteriormente o nome foi alterado para Poxoréu. A denominação, de certa forma, foi uma homenagem ao povo boróro.

Distrito criado com a denominação de Poxoréo, pelo Decreto Estadual n.º 131, de 16-02-1932, subordinado ao município Cuiabá.
Em divisão administrativa referente ao ano de 1933, o distrito de Poxoréo figura no município de Cuiabá.
Assim permanecendo em divisões territoriais datadas de 31-XII-1936 e 31-XII-1837.
Elevado à categoria de município com a denominação de Poxoréo, pelo Decreto-lei Estadual n.º 208, de 26-10-1938, desmembrado do município de Cuiabá. Sede no atual distrito de Poxoréo (ex-localidade). Constituído de 4 distritos: Poxoréo, Coronel Ponce, Ponte de Pedra, Rondonópolis e Ponte de Pedra (ex-Serra da Jibóia ), alterado pelo Decreto-Lei acima citado. Todos desmembrados do município de Cuiabá. Instalado em 01-01-1939.
No quadro para vigorar no período de 1939-1943, o município é constituído de 4 distritos: Poxoréo, Coronel Ponce, Ponte de Pedra e Rondonópolis.
Pela Lei Estadual n.º 185, de 16-11-1948 é criado o distrito de Alto Coité (ex-povoado) e anexado ao município de Poxoréo.
Pela Lei Estadual n.º 142, de 30-09-1948 é criado o distrito de Toriparu (ex-povoado) e anexado ao município de Poxoréo.
Em divisão territorial datada de 1-VII-1950, o município é constituído de 6 distritos: Poxoréo, Alto Coité, Coronel Ponce, Ponte de Pedra, Rondonópolis e Toriparu.
Pela Lei Estadual n.º 681, de 11-12-1953, é criado o distrito de Paraíso do Leste (ex-povoado) e anexado ao município de Poxoréo.
Pela Lei Estadual n.º 666, de 10-12-1953 é desmembrado do município de Poxoréo os distritos de Rondonópolis e Ponte de Pedra, para formar o novo município de Rondonópolis.
Pela Lei Estadual n.º 1.738, de 30-12-1953, o distrito de Toriparu foi transferido de Poxoréo para o Guiratinga.
Em divisão territorial datada de 1-VII-1955, o município é constituído de 4 distritos: Poxoréo, Alto Coité, Coronel Ponce e Paraíso do Leste.
Pela Lei Estadual n.º 1.120, de 17-10-1958, é criado o distrito de Pombas e anexado ao município de Poxoréo.
Pela Lei Estadual n.º 1.191, de 20-12-1958, é criado o distrito de Jarudore (ex-povoado) e anexado ao município de Poxoréo.
Pela Lei Estadual n.º 1.196, de 22-12-1958 são desmembrados do município de Poxoréo os distritos de Coronel Ponce e Pombas, para constituir o novo município de Mutum.
Em divisão territorial datada de 1-VII-1960, o município é constituído de 4 distritos: Poxoréo, Alto Coité, Jurudore e Paraíso do Leste.
Pela Lei Estadual n.º 2.869, de 12/12/1968, o nome do município de Poxoréo passou a ser grafado Poxoréu.
Assim permanecendo em divisão territorial datada de 1-I-1979.
Pela Lei Estadual n.º 4.351, de 25-09-1981, é criado o distrito de Primavera e anexado ao município de Poxoréu.
Em divisão territorial datada de 1-VII-1983, o município é constituído de 5 distritos: Poxoréu, Alto Coité, Jurudore, Paraíso do Leste e Primavera do Leste.
Pela Lei Estadual n.º 5.014, de 13-05-1986 é desmembrado do município de Poxoréu o distrito de Primavera. Elevado à categoria de município com a denominação de Primavera do Leste.
Em divisão territorial datada de 1988, o município é constituído de 4 distritos: Poxoréu, Alto Coité, Jurudore e Paraíso do Leste.
Em divisão territorial datada de 2015, o município é constituído de 5 distritos: Poxoréu, Alto Coité, Jurudore, Paraíso do Leste e Nova Poxoréu.