Địa bàn xã Bắc Sơn hiện nay trước đây vốn là ba xã: Hương Nha, Vực Trường, Xuân Quang.

Trước khi sáp nhập, xã Vực Trường có diện tích 4,59 km², dân số là 2.386 người, mật độ dân số đạt 520 người/km². Xã Xuân Quang có diện tích 6,51 km², dân số là 4.538 người, mật độ dân số đạt 697 người/km². Xã Hương Nha có diện tích 4,31 km², dân số là 3.691 người, mật độ dân số đạt 856 người/km².

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 828/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Phú Thọ (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 ba xã Hương Nha, Xuân Quang và Vực Trường thành xã Bắc Sơn.