Địa bàn huyện Nông Sơn trước đây vốn là các xã phía tây của huyện Quế Sơn.

Ngày 8 tháng 4 năm 2008, Chính phủ ban hành Nghị định số 42/2008/NĐ-CP[1]. Theo đó, tách 7 xã: Phước Ninh, Quế Lâm, Quế Lộc, Quế Ninh, Quế Phước, Quế Trung, Sơn Viên thuộc huyện Quế Sơn để thành lập huyện Nông Sơn.

Khi mới thành lập, huyện có 7 xã nói trên. Huyện lỵ đặt tại xã Quế Trung.

Ngày 1 tháng 2 năm 2020, sáp nhập xã Quế Ninh và xã Quế Phước thành xã Ninh Phước.[3]

Huyện Nông Sơn có 6 xã trực thuộc như hiện nay.