Xưa kia phần lớn địa bàn huyện Cát Tiên thuộc tỉnh Biên Hòa. Thời Việt Nam Cộng hòa, phần lớn huyện Cát Tiên thuộc quận Đôn Luân, tỉnh Phước Long. Đến năm 1977 thuộc xã Đồng Nai, huyện Phước Long, tỉnh Sông Bé.

Ngày 29 tháng 12 năm 1981, chuyển xã Đồng Nai thuộc huyện Phước Long, tỉnh Sông Bé về huyện Đạ Huoai của tỉnh Lâm Đồng quản lý.

Ngày 6 tháng 3 năm 1984, chia xã Đồng Nai thành bốn xã lấy tên là xã Đồng Nai, xã Quảng Ngãi, xã Phù Mỹ và xã Phước Cát.

Ngày 6 tháng 6 năm 1986:

• Chia xã Quảng Ngãi thành hai xã lấy tên là xã Quảng Ngãi và xã Tư Nghĩa
• Chia xã Phù Mỹ thành hai xã lấy tên là xã Phù Mỹ và xã Mỹ Lâm
• Chia xã Đồng Nai thành năm đơn vị hành chính lấy tên là xã Đức Phổ, xã Nam Ninh, xã Gia Viễn, xã Tiên Hoàng và thị trấn Đồng Nai
• Chia xã Phước Cát thành hai xã lấy tên là xã Phước Cát 1 và xã Phước Cát 2.

Huyện Cát Tiên được thành lập vào năm 1987, do chia huyện Đạ Huoai thành 3 huyện Đạ Huoai, Đạ Tẻh và Cát Tiên[1]. Khi mới thành lập, huyện Cát Tiên có thị trấn Đồng Nai và 10 xã: Đức Phổ, Gia Viễn, Mỹ Lâm, Nam Ninh, Phù Mỹ, Phước Cát 1, Phước Cát 2, Quảng Ngãi, Tiên Hoàng, Tư Nghĩa.

Ngày 31 tháng 12 năm 2002, thành lập xã Đồng Nai Thượng thuộc từ một phần diện tích và dân số của xã Tiên Hoàng[3].

Ngày 29 tháng 12 năm 2013, hợp nhất xã Phù Mỹ và thị trấn Đồng Nai thành thị trấn Cát Tiên.[4]

Ngày 12 tháng 4 năm 2018, thành lập thị trấn Phước Cát trên cơ sở toàn bộ diện tích và dân số của xã Phước Cát 1[5].

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, sáp nhập xã Mỹ Lâm vào xã Nam Ninh, sáp nhập xã Tư Nghĩa vào xã Quảng Ngãi.[6]

Huyện Cát Tiên có 2 thị trấn và 7 xã như hiện nay.