หน่วยจัดการต้นน้ำแม่สา จังหวัดเชียงใหม่ เดิมชื่อ หน่วยจัดการต้นน้ำห้วยดีหมี ตั้งขึ้นในปี    พ.ศ. 2516 เป็นศูนย์อำนวยการกลางภาคสนามของโครงการทดลองจัดการลุ่มน้ำแม่สา (Mae-Sa  Integrated Watershed and Forest Land Use Project) ซึ่งเป็นโครงการความร่วมมือระหว่างองค์การอาหารและเกษตรแห่งสหประชาชาติ (FAO) องค์การพัฒนาแห่งสหประชาชาติ (UNDP) และรัฐบาลไทยโดยกรมป่าไม้  เป็นโครงการนำร่อง (Pilot Project)  ในการค้นคว้าทดลองหามาตรการในการจัดการลุ่มน้ำ การพัฒนาป่าไม้ การพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมสำหรับชุมชนบนพื้นที่ต้นน้ำลำธารในประเทศไทย โดยใช้ลุ่มน้ำแม่สาเป็นลุ่มน้ำตัวอย่างในการปฏิบัติการ จนกระทั่งปีงบประมาณ พ.ศ. 2526 กรมป่าไม้เป็นผู้ดำเนินการต่อโดยใช้งบประมาณจากกรมป่าไม้ทั้งหมด ปีงบประมาณ พ.ศ. 2542 ได้รับโอนพื้นที่หน่วยจัดการต้นน้ำแม่ลวดและหน่วยจัดการต้นน้ำห้วยตึงเฒ่าเข้ามาเป็นพื้นที่ดำเนินการเพิ่มเติม  และได้เปลี่ยนชื่อเป็นหน่วยจัดการต้นน้ำแม่สาในปีงบประมาณ 2543  โดยมีหน่วยย่อยอยู่ในพื้นที่ดำเนินการทั้งหมด 5 หน่วยย่อย ได้แก่ หน่วยย่อยที่ 1 (แม่แมะ), หน่วยย่อยที่ 2 (ผานกกก), หน่วยย่อยที่ 3 (ป่าคา), หน่วยย่อยที่ 4 (แม่ลวด) และหน่วยย่อยที่ 5 (ห้วยตึงเฒ่า)