Địa bàn xã Hoằng Xuyên hiện nay trước đây vốn là hai xã Hoằng Xuyên và Hoằng Khê.

Trước khi sáp nhập, xã Hoằng Xuyên có diện tích 3,21 km², dân số là 2.934 người, mật độ dân số đạt 914 người/km². Xã Hoằng Khê có diện tích 2,82 km², dân số là 2.962 người, mật độ dân số đạt 1.050 người/km².

Ngày 16 tháng 10 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 786/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Thanh Hóa (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 12 năm 2019)[1]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của xã Hoằng Khê vào xã Hoằng Xuyên.