Địa bàn xã Hùng Xuyên trước đây vốn là ba xã: Đông Khê, Hùng Quan, Nghinh Xuyên.

Trước khi sáp nhập, xã Đông Khê có diện tích 5,51 km², dân số là 2.035 người, mật độ dân số đạt 369 người/km². Xã Hùng Quan có diện tích 11,75 km², dân số là 3.879 người, mật độ dân số đạt 330 người/km². Xã Nghinh Xuyên có diện tích 10,61 km², dân số là 3.901 người, mật độ dân số đạt 368 người/km².

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 828/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Phú Thọ (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[1]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của ba xã Đông Khê, Hùng Quan, Nghinh Xuyên thành xã Hùng Xuyên.