Phường Phú Thạnh nguyên trước đây là một phần thị trấn Phú Lâm, huyện Tuy Hòa cũ (nay là hai huyện Đông Hòa và Tây Hòa).

Ngày 5 tháng 1 năm 2005, Chính phủ ban hành Nghị định 03/2005/NĐ-CP[3]. Theo đó, chuyển thị trấn Phú Lâm về thành phố Tuy Hòa mới thành lập và chuyển thành phường Phú Lâm.

Ngày 3 tháng 12 năm 2007, Chính phủ ban hành Nghị định 175/2007/NĐ-CP[1]. Theo đó, chia phường Phú Lâm thành 3 phường Phú Lâm, Phú Đông và Phú Thạnh.

Sau khi thành lập, phường có 949,29 ha diện tích tự nhiên và 9.858 người.