Địa bàn xã Thanh An hiện nay trước đây vốn là hai xã Cam Thanh và Cam An thuộc huyện Cam Lộ.

Trước khi sáp nhập, xã Cam Thanh có diện tích 13,24 km², dân số là 2.489 người, mật độ dân số đạt 188 người/km², gồm 3 thôn: An Bình, Cam Lộ, Phú Ngạn. Xã Cam An có diện tích 14,30 km², dân số là 5.535 người, mật độ dân số đạt 387 người/km², gồm 9 thôn: Phổ Lại, Cẩm Thạch, An Xuân, Kim Đâu, Phú Hậu, Trúc Kinh, Trúc Khê, Phi Thừa, Mỹ Hòa.

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 832/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Quảng Trị (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[1]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của hai xã Cam Thanh và Cam An thành xã Thanh An.