Vùng đất huyện Phú Hòa thời chúa Nguyễn cho đến Tây Sơn và đầu triều Nguyễn về cơ bản thuộc các tổng phía nam huyện Đồng Xuân. Năm 1899, huyện Tuy Hòa được nâng lên thành phủ Tuy Hòa. Phủ Tuy Hòa lúc này có 5 tổng, thì tổng Hòa Bình là phần đất thuộc huyện Phú Hòa đến năm 1900 tổng Hòa Tường được thành lập bao gồm một số làng xã trên đất Phú Hòa.

Từ đầu thế kỷ XX đến năm 2002, sự phân định đơn vị hành chính huyện Phú Hòa gắn với sự hình thành và phát triển của phủ Tuy Hòa xưa, huyện Đông Hòa, Tây Hòa và thành phố Tuy Hòa nay.

Huyện Phú Hòa được thành lập ngày 31 tháng 1 năm 2002 theo Nghị định số 15/2002/NĐ-CP của Chính phủ trên cơ sở tách 7 xã: Hòa An, Hòa Thắng, Hòa Định Đông, Hòa Định Tây, Hòa Trị, Hòa Quang, Hòa Hội thuộc thị xã Tuy Hòa cũ (nay là thành phố Tuy Hòa).[1]

Khi mới thành lập huyện Phú Hòa có 7 xã: Hòa An, Hòa Định Đông, Hòa Định Tây, Hòa Hội, Hòa Quang, Hòa Thắng, Hòa Trị.

Ngày 20 tháng 8 năm 2003, theo Nghị định số 95/2003/NĐ-CP của Chính phủ, chia xã Hòa Quang thành 2 xã: Hòa Quang Nam và Hòa Quang Bắc.[2]

Ngày 3 tháng 12 năm 2007, theo Nghị định số 1975/2007/NĐ-CP của Chính phủ, thành lập thị trấn Phú Hòa - thị trấn huyện lỵ huyện Phú Hòa trên cơ sở điều chỉnh 1.779,26 ha diện tích tự nhiên và 8.924 nhân khẩu của xã Hòa Định Đông.[3]