Địa bàn xã Phú Xuân hiện nay trước đây vốn là hai xã Xuân Yên và Phú Yên.

Trước khi sáp nhập, xã Xuân Yên có diện tích 3,14 km2, dân số là 3.594 người, mật độ dân số đạt 1.145 người/km2. Xã Phú Yên có diện tích 4,30 km2, dân số là 4.481 người, mật độ dân số đạt 1.042 người/km2.

Ngày 16 tháng 10 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội thông qua Nghị quyết số 786/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Thanh Hóa. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của hai xã Phú Yên và Xuân Yên thành xã Phú Xuân.[1]