Ngày 20 tháng 5 năm 1901, Toàn quyền Đông Dương ra Nghị định thành lập tỉnh Phan Rang, tỉnh lị cũng có tên là Phan Rang. Năm 1913, tỉnh Phan Rang bị xóa bỏ, phần phía bắc nhập vào tỉnh Khánh Hòa, còn phần phía nam gọi là đại lý hành chính Phan Rang, thuộc tỉnh Bình Thuận.

Ngày 5 tháng 7 năm 1922, tỉnh Phan Rang, còn gọi là tỉnh Ninh Thuận, được tái lập. Tỉnh gồm phủ Ninh Thuận và huyện An Phước (nơi người Chăm cư trú), do một Công sứ Pháp cai trị. Dưới Công sứ còn có một Quản đạo.

Năm 1958, tỉnh Ninh Thuận gồm có 3 quận (24 xã): Thanh Hải (quận lỵ Khánh Hải), An Phước (quận lỵ Hậu Phước), Bửu Sơn (quận lỵ An Sơn). Ngày 6 tháng 4 năm 1960, thành lập quận Du Long, do tách một phần đất quận Bửu Sơn và một phần đất của quận Cam Lâm, tỉnh Khánh Hòa, quận lị đặt tại Karom, xã Cam Ly (nay thuộc xã Công Hải, huyện Thuận Bắc).

Trước ngày 16 tháng 4 năm 1975, Ninh Thuận gồm có 5 quận là Thanh Hải, An Phước, Bửu Sơn, Du Long và Sông Pha.

• Quận An Phước gồm các xã: Diêm Hải, Đại Phước, Định Hải, Hậu Phước, Hữu Phước, Phước Hải, Tà Dương, Thái Sơn.
• Quận Bửu Sơn gồm các xã: An Sơn, Mỹ Sơn, Phú Sơn, Phước Sơn, Tân Sơn, Tri Phước.
• Quận Du Long gồm các xã: Cam Ly, Cam Thọ, Cát Hải, É Lâm hạ.
• Quận Sông Pha gồm các xã: Bửu Lâm, É Lâm thượng.
• Quận Thanh Hải gồm các xã: An Hải, Đông Hải, Hộ Hải, Khánh Hải, Mỹ Hải, Phan Rang, Tân Hải, Vĩnh Hải.

Tỉnh lỵ đặt tại Phan Rang, về mặt hành chính thuộc xã Phan Rang, quận Thanh Hải.

Sau ngày 30 tháng 4 năm 1975, tỉnh Ninh Thuận dự kiến sáp nhập với các tỉnh Bình Thuận, Tuyên Đức, Lâm Đồng để thành lập tỉnh mới là Thuận Lâm. Nhưng đến tháng 2 năm 1976, do có sự điều chỉnh từ trung ương cho sát với thực tế, các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và Bình Tuy hợp nhất thành tỉnh Thuận Hải. Địa bàn tỉnh Ninh Thuận cũ có thị xã Phan Rang và 3 huyện là Ninh Sơn, Ninh Hải và An Phước.[6]

Ngày 27 tháng 4 năm 1977, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định 124-CP, giải thể thị xã Phan Rang và 3 huyện: An Phước, Ninh Hải, Ninh Sơn để thành lập hai huyện An Sơn (huyện lỵ là thị trấn Tháp Chàm - thành lập từ một phần thị xã Phan Rang cũ) và Ninh Hải mới (huyện lỵ là thị trấn Phan Rang - thành lập từ phần còn lại của thị xã Phan Rang cũ).[14]

Ngày 1 tháng 9 năm 1981, Hội đồng Bộ trưởng ban hành Quyết định số 45-HĐBT, chia lại huyện An Sơn và huyện Ninh Hải thành 4 đơn vị hành chính là thị xã Phan Rang - Tháp Chàm và các huyện: Ninh Hải, Ninh Phước và Ninh Sơn.[15]

Ngày 26 tháng 12 năm 1991, Quốc hội thông qua nghị quyết chia lại tỉnh Thuận Hải thành hai tỉnh Bình Thuận và Ninh Thuận[16].

Khi tách ra, tỉnh Ninh Thuận có thị xã Phan Rang - Tháp Chàm (tỉnh lỵ) và 3 huyện: Ninh Hải, Ninh Phước, Ninh Sơn.

Ngày 6 tháng 11 năm 2000, chia huyện Ninh Sơn thành hai huyện Ninh Sơn và Bác Ái.[17]

Ngày 7 tháng 7 năm 2005, chia huyện Ninh Hải thành hai huyện Ninh Hải và Thuận Bắc.[18]

Ngày 8 tháng 2 năm 2007, Chính phủ ban hành Nghị định 21/2007/NĐ-CP chuyển thị xã Phan Rang - Tháp Chàm thành thành phố trực thuộc tỉnh Ninh Thuận.[19]

Ngày 10 tháng 6 năm 2009, chia huyện Ninh Phước thành hai huyện Ninh Phước và Thuận Nam.[20]

Tỉnh Ninh Thuận có 1 thành phố và 6 huyện như ngày nay.

Ngày 26 tháng 2 năm 2015, thành phố Phan Rang - Tháp Chàm được công nhận là đô thị loại II trực thuộc tỉnh Ninh Thuận[21].