Ngay từ khi mới lập các tỉnh ở Bắc Kỳ (năm 1831), huyện Tam Nông đã tách khỏi tỉnh Sơn Tây để nhập vào tỉnh Hưng Hóa, làm nơi đặt tỉnh lỵ tỉnh Hưng Hóa. Thị xã Hưng Hóa (thành lập ngày 1 tháng 5 năm 1895, vốn là thành Hưng Hóa), đóng tại xã Trúc Khê, huyện Tam Nông (nay là thị trấn Hưng Hóa, huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ).

Sau năm 1975, huyện Tam Nông có 19 xã: Cổ Tiết, Dậu Dương, Dị Nậu, Hiền Quan, Hồng Đà, Hùng Đô, Hưng Hóa, Hương Nha, Hương Nộn, Phương Thịnh, Quang Húc, Tam Cường, Tề Lễ, Thanh Uyên, Thượng Nông, Tứ Mỹ, Văn Lương, Vực Trường, Xuân Quang.

Ngày 27 tháng 6 năm 1977, sáp nhập thôn Thọ Sơn của xã Hương Nộn vào xã Dị Nậu.[6]

Ngày 5 tháng 7 năm 1977, huyện Tam Nông sáp nhập với huyện Thanh Thủy thành huyện Tam Thanh.[7] Năm 1999, lại tách ra thành hai huyện như cũ.

Ngày 30 tháng 3 năm 1985, thành lập thêm một xã lấy tên là xã Thọ Văn.[8]

Ngày 28 tháng 5 năm 1997, chuyển xã Hưng Hóa thành thị trấn Hưng Hóa, thị trấn huyện lỵ huyện Tam Thanh.

Năm 1997, huyện Tam Nông được tái lập, có 20 đơn vị hành chính cấp xã, gồm thị trấn Hưng Hóa (huyện lỵ) và 19 xã: Cổ Tiết, Dậu Dương, Dị Nậu, Hiền Quan, Hồng Đà, Hùng Đô, Hương Nha, Hương Nộn, Phương Thịnh, Quang Húc, Tam Cường, Tề Lễ, Thanh Uyên, Thượng Nông, Tứ Mỹ, Văn Lương, Vực Trường, Xuân Quang, Thọ Văn.

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, sáp nhập 3 xã: Hồng Đà, Dậu Dương, Thượng Nông thành xã Dân Quyền; sáp nhập 3 xã: Cổ Tiết, Văn Lương, Tam Cường thành xã Vạn Xuân; sáp nhập 3 xã: Vực Trường, Hương Nha, Xuân Quang thành xã Bắc Sơn; sáp nhập 3 xã: Tứ Mỹ, Phương Thịnh, Hùng Đô thành xã Lam Sơn.[9]

Huyện Tam Nông có 1 thị trấn và 11 xã như hiện nay.