Nguyên xưa, nơi đây là vùng đất thuộc châu Lý của Chiêm Thành. Sau khi được sáp nhập vào Đại Việt, Nhà Trần đã đổi tên châu Lý thành Hóa Châu. Thời Lê, đặt thành huyện Tư Vinh thuộc phủ Triệu Phong. Đầu thời Nguyễn đổi tên là huyện Phú Vinh, nhưng thường đọc trại thành Phú Vang thành tên gọi như ngày nay.

Sau năm 1975, huyện Phú Vang có 20 xã: Phú An, Phú Đa, Phú Diên, Phú Dương, Phú Hải, Phú Hồ, Phú Lương, Phú Mậu, Phú Mỹ, Phú Tân, Phú Thanh, Phú Thuận, Phú Thượng, Phú Xuân, Vinh An, Vinh Hà, Vinh Phú, Vinh Thái, Vinh Thanh, Vinh Xuân.

Ngày 11 tháng 3 năm 1977, huyện được sáp nhập với huyện Hương Thủy thành huyện Hương Phú.

Ngày 11 tháng 9 năm 1981, các xã Phú Thượng, Phú Dương, Phú Mậu, Phú Thanh, Phú Tân được sáp nhập vào thành phố Huế.

Ngày 30 tháng 9 năm 1990, huyện lại được tách thành huyện Phú Vang như hiện nay; đồng thời chuyển 6 xã: Phú Thượng, Phú Dương, Phú Mậu, Phú Thanh, Phú Tân, Thuận An của thành phố Huế về huyện Phú Vang quản lý.

Ngày 20 tháng 8 năm 1999, hai xã Thuận An và Phú Tân hợp nhất thành thị trấn Thuận An, tuy nhiên Thuận An không phải thị trấn huyện lỵ huyện Phú Vang, các cơ quan hành chính của huyện đóng tại xã Phú Đa.

Ngày 30 tháng 5 năm 2011, chuyển xã Phú Đa thành thị trấn Phú Đa, thị trấn huyện lỵ huyện Phú Vang.

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, sáp nhập xã Vinh Phú và xã Vinh Thái thành xã Phú Gia.[1]

Huyện Phú Vang có 2 thị trấn và 17 xã như hiện nay.