Năm 1994, Chương trình WWF Đông Dương và Viện Hải dương học đã tiến hành điều tra về đa dạng sinh học biển tại một nhóm các đảo nhỏ thuộc vùng cảng An Thới ở phía nam đảo Phú Quốc. Qua kết quả điều tra, cả hai cơ quan đã thống nhất đề nghị thành lập khu bảo tồn biển An Thới (ADB, 1999).[1]

Trong năm 1998, Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường (cũ) đã có đề xuất thành lập khu bảo tồn biển Phú Quốc. Trong đề xuất đó, chưa xác định tổng diện tích khu bảo tồn biển là bao nhiêu (Nguyễn Chu Hồi et al. 1998). Tiếp theo đó, Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB, 1999) đã có đề xuất sáp nhập Khu Bảo tồn Thiên nhiên Phú Quốc và khu đề xuất bảo tồn biển An Thới thành một khu duy nhất có tên là: Phú Quốc-An Thới. Khu này sẽ có diện tích 33.657 ha, bao gồm hợp phần đất liền 14.957 ha và hợp phần biển là 18.700 ha. Riêng hợp phần biển lại chia 2 phân khu: phân khu phía bắc mở rộng tới khu vực phía bắc đảo, nối liền với VQG Phú Quốc có diện tích 9.900 ha; và phân khu phía nam chính là khu đề xuất bảo tồn biển An Thới 8.800 ha (ADB, 1999).[1]

Để bảo vệ diện tích cỏ biển và san hô hiện có ở vùng biển Phú Quốc, UBND tỉnh Kiên Giang đã ra quyết định số 19/QĐ UBND ngày 03/01/2007 thành lập Khu bảo tồn biển Phú Quốc.[1]

Theo đó, Khu bảo tồn gồm có hai khu: khu bảo tồn cỏ biển rộng 6.825ha trải rộng từ xã Bãi Thơm đến xã Hàm Ninh, tính từ ven biển trở ra 3 km; khu bảo tồn rạn san hô rộng 9.720ha thuộc cụm đảo xã Hòn Thơm, huyện Phú Quốc. Ngoài chức năng bảo tồn loài, sinh cảnh các hệ sinh thái rạn san hô, thảm cỏ biển, Khu bảo tồn biển Phú Quốc còn bảo tồn hệ sinh thái rừng ngập mặn và các loài động thực vật biển quí hiếm ở huyện đảo này.[1]

Năm 2020, Vườn quốc gia Phú Quốc công bố Quyết định số 1890/QĐ-UBND ngày 13/8/2020 của UBND tỉnh Kiên Giang về việc phê duyệt điều chỉnh phạm vi, diện tích các phân khu trong Khu bảo tồn biển Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang. Theo Quyết định phê duyệt điều chỉnh, phạm vi ra soát, phân vùng Khu bảo tồn biển thuộc Vườn Quốc gia Phú Quốc có tổng diện tích là 40.909,47 ha (tăng 14.046,3 ha so với phạm vi, diện tích được phê duyệt tại Quyết định số 19/QĐ-UBND ngày 03/01/2007); bao gồm khu vực bảo vệ san hô và khu vực bảo vệ thảm cỏ biển, với 03 phân khu: Bảo vệ nghiêm ngặt 7.087,37 ha; phục hồi sinh thái 11.537,51 ha; dịch vụ - hành chính 9.817,02 ha và thiết lập vùng đệm 12.467,57 ha.[2]