1485 kam es zur Leipziger Teilung, bei der die wettinischen Lande zwischen den Albertinern und den Ernestinern aufgeteilt wurden. Der Hauptteil von Thüringen fiel dabei an die Ernestiner. Ihr Gebiet wurde später in eine Vielzahl von Zwergstaaten aufgesplittert. Der Norden Thüringens verblieb bei den Albertinern und damit beim späteren Kurfürstentum Sachsen.
Innerhalb des Heiligen Römischen Reiches gehörte ein großer Teil Thüringens mit den übrigen Gebieten der Wettiner zum Obersächsischen Reichskreis. Der Südwesten war Teil des Fränkischen Reichskreises, während Erfurt und das Eichsfeld als kurmainzische Gebiete dem Kurrheinischen Reichskreis angehörten.
Während der Reformation spielte Thüringen eine bedeutende Rolle. Martin Luther hielt sich 1521 bis 1522 auf der Wartburg versteckt und übersetzte dort das Neue Testament ins Deutsche.
1525 war Thüringen neben Südwestdeutschland ein Zentrum des Deutschen Bauernkrieges. Bei Bad Frankenhausen kam es am 15. Mai 1525 zu einer der bedeutendsten Schlachten; wenige Tage später wurde Thomas Müntzer in Mühlhausen gefangen genommen und hingerichtet.
1531 schlossen sich die protestantischen Reichsstände in Schmalkalden zum Schmalkaldischen Bund gegen Kaiser Karl V. zusammen. Die Ächtung der führenden Vertreter dieses Bundes im Jahr 1546 führte zum Schmalkaldischen Krieg von 1546/47. Kurfürst Johann Friedrich I. (der Großmütige), ein Ernestiner, dem auch Thüringen gehörte, stand dabei auf der Seite der Protestanten. Sein ebenfalls protestantischer Vetter, Herzog Moritz, ein Albertiner, unterstützte hingegen den Kaiser.
Durch die Wittenberger Kapitulation von 1547 verlor Johann Friedrich der Großmütige Teile seines Besitzes und auch die Kurwürde an Herzog Moritz. Die Ernestiner behielten lediglich ihre thüringischen Besitzungen, die sich wie folgt zusammensetzten: die Ämter, Städte und Schlösser Gerstungen, Eisenach, Wartburg, Creuzburg, Tenneberg, Waltershausen, Leuchtenburg, Stadtroda, Orlamünde, Gotha, Jena, Kapellendorf, Roßla, Weimar, Wachsenburg, Dornburg, Camburg, Buttstädt, Arnshaugk, Weida und Ziegenrück.
Hinzu kamen nach dem Tode des Herzogs Johann Ernst I. (Sachsen-Coburg) 1553 noch die Ämter Coburg, Sonneberg, Hildburghausen, Königsberg in Bayern, Veilsdorf und Schalkau und durch den Naumburger Vertrag (24. Februar 1554) Altenburg, Eisenberg, Sachsenburg und Herbesleben, welche Kurfürst August I. (Sachsen) abtrat, sowie 1555 durch Tausch mit den Grafen von Mansfelder Land die Herrschaft Römhild. Schließlich erwarb das Ernestinische Haus aus der hennebergischen Erbschaft (1583), definitiv allerdings erst 1660 die Ämter Meiningen, Themar, Maßfeld, Behrungen, Henneberg, Milz, Ilmenau, Kaltennordheim, Frauenbreitungen, Sand und Wasungen.
Durch die nach dem Tod Johann Friedrichs des Großmütigen 1554 einsetzende Erbteilung der Ernestinischen Lande begann die Aufteilung Thüringens in zahlreiche kleine Einzelstaaten.
Hexenprozesse in Thüringen
Der thüringisch-fränkische Raum war eine Kernzone der deutschen Hexenverfolgungen mit vielen Hexenprozessen. Aus der Zeit zwischen 1526 und 1731 können in Thüringen über 1500 Fälle von Hexenverfolgung konstatiert werden. Zwischen 1598 und 1631 wurde Thüringen mit kurzen Unterbrechungen von einer ersten und gut zehn Jahre später bis ca. 1700 von einer zweiten großen Verfolgungswelle erschüttert. Die Verfolgungen verliefen in Phasen von unterschiedlicher Intensität mit einem Höhepunkt um 1629. Das Henneberger und das Coburger Land im Süden und Südwesten waren Zentren der Verfolgungen.