Trong Đại Nam nhất thống chí của Quốc sử quán (triều Nguyễn), Hoàng Minh Trí cho là đất Biên Hòa xưa là lãnh thổ nước Bà Lỵ (Bà Lị) và nước Thù Nại, những tiểu quốc cổ nằm ở phía Đông Nam nước Chiêm Thành, nay là vùng đất Bà Rịa - Vũng Tàu và Đồng Nai. Về sau, khi Chân Lạp lớn mạnh đều bị Chân Lạp thôn tính. Trước khi bị thực dân Pháp đô hộ, Biên Hòa là trung tâm của toàn bộ miền Nam với tên gọi Trấn Biên.[3]

Năm 1808, dinh Trấn Biên đổi tên thành Trấn Biên Hòa, lỵ sở tại thôn Phước Lư, huyện Phước Long.

Năm 1832, Trấn Biên Hòa được đổi thành tỉnh Biên Hòa, lỵ sở dời về thôn Tân Lân, huyện Phước Chánh.

Năm 1876, thực dân Pháp chia tỉnh Biên Hòa thành 3 hạt tham biện: Biên Hòa, Thủ Dầu Một và Bà Rịa. Đến năm 1900, các hạt tham biện đổi thành tỉnh. Tỉnh lỵ tỉnh Biên Hòa thuộc làng Bình Trước, tổng Phước Vĩnh Thượng, quận Châu Thành.

Năm 1948, Ủy ban kháng chiến hành chính Nam Bộ quyết định chia huyện Châu Thành, tỉnh Biên Hòa thành hai đơn vị là thị xã Biên Hòa và huyện Vĩnh Cửu:

• Thị xã Biên Hòa gồm xã Bình Trước với 5 khu nội ô và 8 ấp vùng ven là Tân Lân, Lân Thành, Lân Thị, Phước Lư, Vinh Thạnh, Bàu Hang, Đồng Lách, Sông Mây (từ chợ Biên Hòa lên đến Trảng Bom)
• Huyện Vĩnh Cửu gồm các xã còn lại của huyện Châu Thành là: Hiệp Hòa, Tam Hiệp, Bửu Hòa, Tân Vạn, Hóa An, Tân Hạnh, Bình Trị, Tân Hiệp, Tân Phong, Bửu Long, Tân Thành, Bình Hòa, Bình Ý, Bình Thạnh, Tân Triều, Bình Phước, Lợi Hòa, Bình Long, Thiện Tân, Đại An, Tân Định.

Ngày 22 tháng 10 năm 1956, chính quyền Việt Nam Cộng hòa tách đất tỉnh Biên Hòa lập thêm 2 tỉnh Long Khánh, Phước Long. Sau năm 1956, các làng gọi là xã; tỉnh lỵ tỉnh Biên Hòa thuộc xã Bình Trước, quận Châu Thành. Đến năm 1963, quận Châu Thành đổi tên thành quận Đức Tu, gồm 15 xã: Bình Trước, Tam Hiệp, Tân Thành, Hiệp Hòa, Bùi Tiếng, Hố Nai, Trảng Bom, Bửu Hòa, Tân Vạn, Long Bình Tân, Phước Tân, Long Hưng, An Hòa Hưng, Tân Phong, Bửu Long; quận lỵ đặt tại xã Tam Hiệp.

Sau năm 1975, 3 tỉnh Biên Hòa, Long Khánh, Phước Tuy hợp nhất thành tỉnh Đồng Nai, tỉnh lỵ đặt tại thị xã Biên Hòa.

Năm 1976, thị xã Biên Hòa được nâng cấp thành thành phố Biên Hòa - đô thị loại III, thuộc tỉnh Đồng Nai, gồm 11 phường: An Bình, Hòa Bình, Quang Vinh, Quyết Thắng, Tam Hiệp, Tam Hòa, Tân Mai, Tân Tiến, Thanh Bình, Thống Nhất, Trung Dũng và 9 xã: Bửu Hòa, Bửu Long, Hiệp Hòa, Hóa An, Long Bình Tân, Tân Hạnh, Tân Phong, Tân Thành, Tân Vạn.

Ngày 23 tháng 10 năm 1978, chuyển 2 xã Hố Nai 1 và Hố Nai 2 thuộc huyện Thống Nhất về thành phố Biên Hòa quản lý và đổi thành 2 phường có tên tương ứng.[4]

Ngày 17 tháng 1 năm 1984, chia phường Hố Nai 2 thành 2 phường: Tân Biên và Tân Hòa; hợp nhất 2 xã: Bửu Long và Tân Thành thành xã Tân Bửu; chuyển 2 xã Tân Phong và Tân Vạn thành 2 phường có tên tương ứng.[5]

Ngày 28 tháng 12 năm 1984, chuyển xã Bửu Hòa thành phường Bửu Hòa.[6]

Ngày 8 tháng 6 năm 1988, chia phường Tam Hòa thành 2 phường: Tam Hòa và Bình Đa.[7]

Ngày 10 tháng 5 năm 1993, thành phố Biên Hòa được công nhận là đô thị loại II[8].

Ngày 29 tháng 8 năm 1994, chuyển xã Tân Bửu thành phường Bửu Long; chuyển xã Long Bình Tân thành phường Long Bình Tân; chia phường Tam Hòa thành 2 phường: Tam Hòa và Long Bình; thành lập phường Tân Hiệp trên cơ sở điều chỉnh một phần diện tích và dân số của các phường Tam Hòa, Tam Hiệp và Tân Tiến; chia phường Tân Phong thành 2 phường: Tân Phong và Trảng Dài. Sau khi điều chỉnh, thành phố có 23 phường và 3 xã.

Năm 1996, đổi tên phường Hố Nai 1 thành phường Hố Nai.

Ngày 5 tháng 2 năm 2010, Chính phủ ban hành Nghị quyết số 05/NQ-CP[1]. Theo đó, chuyển 4 xã: An Hòa, Long Hưng, Phước Tân, Tam Phước thuộc huyện Long Thành về thành phố Biên Hòa quản lý.

Sau khi điều chỉnh mở rộng địa giới hành chính, thành phố Biên Hòa có 30 đơn vị hành chính cấp xã trực thuộc, gồm 23 phường và 7 xã.

Ngày 30 tháng 12 năm 2015, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 2488/QĐ-TTg công nhận Biên Hòa là đô thị loại I thuộc tỉnh Đồng Nai[9]. Như vậy Biên Hòa là đô thị loại I thứ hai của khu vực Đông Nam Bộ, sau thành phố Vũng Tàu.

Ngày 10 tháng 5 năm 2019, Ủy ban thường vụ Quốc hội thông qua Nghị quyết 694/NQ-UBTVQH14[10]. Theo đó, chuyển 6 xã: An Hòa, Hiệp Hòa, Hóa An, Phước Tân, Tam Phước, Tân Hạnh thành 6 phường có tên tương ứng.

Thành phố Biên Hòa có 29 phường và 1 xã như hiện nay.