Đến năm 2018, xã Gio Mai có diện tích 17,57 km², dân số là 5.002 người, mật độ dân số đạt 285 người/km², gồm hai làng: Mai Xá, Lâm Xuân. Tuy nhiên, để tiện quản lý hành chính nên hai làng chia thành ba hợp tác xã: Mai Xá, Mai Hà, Lâm Xuân.

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 832/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Quảng Trị (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[2]. Theo đó, sáp nhập 3,22 km² diện tích tự nhiên và 341 người của xã Gio Thành vừa giải thể vào xã Gio Mai.

Sau khi sáp nhập, xã Gio Mai có diện tích 20,79 km², dân số là 5.343 người.