Dưới thời nhà Nguyễn, huyện Dầu Tiếng ngày nay thuộc tổng Bình Thạnh Thượng, huyện Bình Dương, tỉnh Gia Định. Năm 1871, tổng Bình Thạnh Thượng được sáp nhập vào hạt tham biện Thủ Dầu Một (đến năm 1900 trở thành tỉnh Thủ Dầu Một).

Năm 1946, quận Dầu Tiếng được thành lập, thuộc tỉnh Thủ Dầu Một.

Năm 1956, chính quyền Việt Nam Cộng hòa chia tỉnh Thủ Dầu Một thành 3 tỉnh Bình Dương, Bình Long và Phước Long. Quận Dầu Tiếng thuộc tỉnh Bình Dương, gồm 1 tổng Bình Thạnh Thượng; quận lỵ đặt tại xã Định Thành.

Ngày 2 tháng 7 năm 1962, quận Dầu Tiếng đổi tên thành quận Trị Tâm. Ngày 14 tháng 3 năm 1963, xã Bến Củi thuộc quận Khiêm Hanh, tỉnh Tây Ninh được sáp nhập vào quận Trị Tâm, tuy nhiên đến năm 1967 lại được trả về cho quận Khiêm Hanh như cũ.

Sau năm 1975, quận Trị Tâm đổi thành huyện Dầu Tiếng. Tháng 2 năm 1976, 3 tỉnh Bình Dương, Bình Long, Phước Long hợp nhất thành tỉnh Sông Bé, huyện Dầu Tiếng thuộc tỉnh Sông Bé.

Ngày 11 tháng 3 năm 1977, huyện Dầu Tiếng sáp nhập vào huyện Bến Cát.

Ngày 6 tháng 11 năm 1996, tỉnh Bình Dương được tái lập từ tỉnh Sông Bé, huyện Bến Cát thuộc huyện Bình Dương.

Ngày 23 tháng 7 năm 1999, huyện Dầu Tiếng được tái lập từ huyện Bến Cát, gồm thị trấn Dầu Tiếng và 9 xã: Định Hiệp, Minh Hòa, Minh Tân, Minh Thạnh, Long Tân, An Lập, Thanh An, Thanh Tuyền, Long Hòa; trong đó 3 xã: Minh Hòa, Minh Tân, Minh Thạnh được chuyển từ huyện Bình Long, tỉnh Bình Phước về huyện Bến Cát quản lý vào tháng 1 năm 1997. Đồng thời, thành lập xã Định An trên cơ sở 11.570 ha diện tích tự nhiên và 5.377 nhân khẩu của xã Định Hiệp.

Ngày 10 tháng 12 năm 2003, thành lập xã Định Thành thuộc huyện Dầu Tiếng trên cơ sở 550 ha diện tích tự nhiên và 822 nhân khẩu của thị trấn Dầu Tiếng, 4.256 ha diện tích tự nhiên và 873 nhân khẩu của xã Định An, 555 ha diện tích tự nhiên và 1.004 nhân khẩu của xã Định Hiệp.

Như vậy, huyện Dầu Tiếng có 1 thị trấn và 11 xã như hiện nay.