Địa bàn xã An Hòa Hải trước đây vốn là hai xã An Hòa và An Hải thuộc huyện Tuy An.

Trước khi sáp nhập, xã An Hải có diện tích 14,28 km², dân số là 3.276 người, mật độ dân số đạt 229 người/km². Xã An Hòa có diện tích 22,03 km², dân số là 11.782 người, mật độ dân số đạt 535 người/km², gồm các thôn: Diêm Hội, Hội Sơn, Nhơn Hội, Phú Điềm, Phú Thường, Tân An, Tân Định, Tân Hòa.

Ngày 21 tháng 11 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 817/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Phú Yên (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[1]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của xã An Hải và xã An Hòa thành xã An Hòa Hải.