Phần lớn địa bàn thị trấn Diên Sanh hiện nay trước đây vốn là xã Hải Thọ thuộc huyện Hải Lăng.

Ngày 1 tháng 8 năm 1994, thành lập thị trấn Hải Lăng, thị trấn huyện lỵ huyện Hải Lăng trên cơ sở một phần diện tích và dân số của các xã Hải Lâm và Hải Thọ.[1]

Đến năm 2018, thị trấn Hải Lăng có diện tích 2,71 km², dân số là 3.150 người, mật độ dân số đạt 1.162 người/km². Xã Hải Thọ có diện tích 21,89 km², dân số là 5.354 người, mật độ dân số đạt 245 người/km².

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 toàn bộ diện tích và dân số của xã Hải Thọ vào thị trấn Hải Lăng để thành lập thị trấn Diên Sanh.