Vào thời Nhà Nguyễn, Hàm Tân chỉ là tên một làng thuộc tổng Đức Thắng, huyện Tuy Lý, phủ Hàm Thuận. Năm 1916, huyện Hàm Tân được thành lập dựa trên phần lớn đất đai của huyện Tuy Lý, gồm 2 tổng Phong Điền và Phước Thắng. Tổng Phong Điền có 4 làng: Phong Điền, Hiệp Nghĩa, Tam Tân, Tân Lý và tổng Phước Thắng có 5 làng: Phước Lộc, Hàm Tân, Phò Trì, Hàm Thắng và Thắng Hải. Trụ sở huyện đặt tại làng Hàm Tân nên trở thành tên huyện.

Ngày 22 tháng 10 năm 1956, chính quyền Việt Nam Cộng hòa thành lập tỉnh Bình Tuy gồm 3 quận Hàm Tân, Tánh Linh và Hoài Đức. Quận Hàm Tân gồm 6 xã: Phước Hội, Bình Tân, Bà Giêng, Hiệp Hòa, Tân Hiệp, Văn Mỹ. Tỉnh lỵ tỉnh Bình Tuy đặt tại Hàm Tân, về mặt hành chính thuộc xã Phước Hội, quận Hàm Tân (nay là khu vực trung tâm thị xã La Gi). Còn quận lỵ Hàm Tân đặt tại Tam Tân, xã Tân Hiệp (nay thuộc xã Tân Hải, thị xã La Gi).

Về phía chính quyền cách mạng, năm 1968, Tỉnh ủy Bình Tuy tách Hàm Tân thành 2 phần, bao gồm huyện Hàm Tân với các xã: Văn Mỹ, Tân Hiệp, Bình Tân, Hiệp Nghĩa và thị xã La Gi với các xã: Phước Hội, Bà Giêng, Hiệp Hòa. Đến năm 1973, Tỉnh ủy Bình Tuy thành lập thêm huyện Nghĩa Lộ với 3 xã mới là Đông Hà, Nghĩa Tân, Bình Nghĩa. Cuối năm 1975, thị xã La Gi và huyện Nghĩa Lộ giải thể, sáp nhập vào huyện Hàm Tân.

Năm 1976, 3 tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận, và Bình Tuy hợp nhất thành tỉnh Thuận Hải. Huyện Hàm Tân thuộc tỉnh Thuận Hải, gồm 15 xã: Tân An, Tân Bình, Tân Hà, Tân Hải, Tân Hòa, Tân Lập, Tân Minh, Tân Mỹ, Tân Nghĩa, Tân Sơn, Tân Thắng, Tân Thành, Tân Thiện, Tân Thuận, Tân Xuân.

Ngày 13 tháng 3 năm 1979, hợp nhất xã Tân Sơn và xã Tân Mỹ thành một xã lấy tên là xã Sơn Mỹ; chuyển xã Tân Hòa thành thị trấn lấy tên là thị trấn La Gi.

Ngày 30 tháng 12 năm 1982, chuyển 3 xã: Tân Lập, Tân Thành, Tân Thuận về huyện Hàm Thuận Nam quản lý. Huyện Hàm Tân còn lại 1 thị trấn La Gi và 10 xã: Sơn Mỹ, Tân An, Tân Bình, Tân Hà, Tân Hải, Tân Minh, Tân Nghĩa, Tân Thắng, Tân Thiện, Tân Xuân.

Ngày 26 tháng 12 năm 1991, tỉnh Bình Thuận được tái lập từ tỉnh Thuận Hải cũ, huyện Hàm Tân thuộc tỉnh Bình Thuận.

Ngày 18 tháng 11 năm 2003, chia xã Tân Nghĩa thành 2 xã: Tân Nghĩa và Sông Phan; chia xã Tân Minh thành thị trấn Tân Minh và 2 xã: Tân Đức, Tân Phúc.

Cuối năm 2004, huyện Hàm Tân có 2 thị trấn: La Gi, Tân Minh và 12 xã: Sơn Mỹ, Sông Phan, Tân An, Tân Bình, Tân Đức, Tân Hà, Tân Hải, Tân Nghĩa, Tân Phúc, Tân Thắng, Tân Thiện, Tân Xuân.

Ngày 5 tháng 9 năm 2005, thị trấn La Gi và 4 xã: Tân An, Tân Bình, Tân Hải, Tân Thiện được tách ra để thành lập thị xã La Gi, huyện Hàm Tân còn lại thị trấn Tân Minh và 8 xã: Sơn Mỹ, Sông Phan, Tân Đức, Tân Hà, Tân Nghĩa, Tân Phúc, Tân Thắng, Tân Xuân.

Ngày 3 tháng 12 năm 2007, chia xã Tân Thắng thành 2 xã: Tân Thắng và Thắng Hải; chuyển xã Tân Nghĩa thành thị trấn Tân Nghĩa - thị trấn huyện lị mới của huyện Hàm Tân.