Sanktuarium Mỹ Sơn zostało ufundowane przez króla Bhadrawarmana I i poświęcone Śiwie nazywanemu tutaj Bhadreśwara[1]. Pierwsza świątynia była najprawdopodobniej zbudowana z drewna, o czym świadczy inskrypcja z VII w. według której budowla spłonęła. Nową świątynię, już z cegły, poświęconą Śiwie Sambhubhadreśwarze ufundował król Sambhuvarman (świątynia „A1”). W IX i X w. znaczenie sanktuarium nieco się zmniejszyło po wprowadzeniu w Czampie buddyzmu mahajana. W pobliżu powstało założone w 875 r. przez króla Indravarmana II sanktuarium buddyjskie Đồng Dương. Mimo tego Sanktuarium Mỹ Sơn powiększało się o nowe świątynie i do XV w. służyło królom Czampy za miejsce kultu. Po zajęciu Amarawati przez Wietnamczyków w 1471 r. sanktuarium podupadło i zostało z czasem wchłonięte przez dżunglę.

W 1898 r. odkryte przez Camille'a Parisa(inne języki) ruiny zainteresowały francuskich archeologów z Francuskiej Szkoły Dalekiego Wschodu. Podjęto szerokie badania inskrypcji, architektury i sztuki czamskiej, jak również próby restauracji świątyń[2].

W czasie wojny Wietnamskiej w dolinie Mỹ Sơn założyli swoją kwaterę partyzanci Wietkongu. Najwyższą 28-metrową wieżę świątyni A1 wykorzystywali jako maszt radiostacji. W sierpniu 1969 r. amerykańskie B-52 wykonały nalot dywanowy na sanktuarium, niszcząc i uszkadzając wiele budowli. Ze świątyni A1, najstarszej, zbudowanej w VII w. przez Sambhuvarmana, pozostał jedynie stos potłuczonych cegieł. Bombardowanie wywołało powszechny protest, w wyniku którego dolina została wyłączona z operacji amerykańskiego lotnictwa[3].

Po wojnie rząd wietnamski postanowił odrestaurować sanktuarium. Teren oczyszczono z niewybuchów i rozminowano. W czasie prac zginęło dziewięć osób, a jedenaście zostało rannych. W 1981 r. wykonania prac konserwatorskich podjął się zespół polskich konserwatorów z lubelskiej Pracowni Konserwacji Zabytków pod kierownictwem Kazimierza Kwiatkowskiego. Obecnie dolina została uporządkowana i zbudowane niewielkie muzeum[4]. W grudniu 2009 r. planowano odsłonięcie pomnika „Kazika”, jak nazywają tu Kazimierza Kwiatkowskiego.