Trước 1430, Thăng Bình thuộc Cổ Lũy Động, một đơn vị hành chính của Chiêm Thành. Năm 1430, vùng đất này nằm dưới sự quản lý của nhà Hồ. Năm 1471 vua Lê Thánh Tông lập Đạo Thừa tuyên Quảng Nam. Năm 1490 Đạo Thừa tuyên Quảng Nam đổi thành xứ Quảng Nam, năm 1520 gọi là trấn Quảng Nam và năm 1602 Chúa tiên Nguyễn Hoàng đổi thành Dinh Quảng Nam, huyện Lệ Giang đổi thành huyện Lệ Dương; đến năm 1906 đổi thành Phủ Thăng Bình. Năm 1922, một số xã phía Tây Nam Phủ Thăng Bình được tách nhập với một số xã của phía Tây Phủ Tam Kỳ thành huyện mới là Tiên Phước. Sau Cách mạng Tháng Tám năm 1945, 5 xã phía Đông của Duy Xuyên được nhập vào Thăng Bình.

Sau năm 1975, huyện Thăng Bình có 20 xã: Bình An, Bình Đào, Bình Định, Bình Dương, Bình Giang, Bình Hải, Bình Lâm, Bình Lãnh, Bình Nam, Bình Nguyên, Bình Phú, Bình Phục, Bình Quế, Bình Quý, Bình Sa, Bình Trị, Bình Triều, Bình Trung, Bình Tú, Thăng Phước.

Ngày 23 tháng 9 năm 1981, thành lập thị trấn Hà Lam, thị trấn huyện lỵ huyện Thăng Bình trên cơ sở tách một phần diện tích và dân số của xã Bình Nguyên.[4]

Ngày 14 tháng 3 năm 1984, Hội đồng Bộ trưởng ban hành Quyết định 40-HĐBT[5]. Theo đó:

• Tách thôn Tú Trà của xã Bình Tú và 2 thôn Ngũ Xã, Gia Hội của xã Bình Phú để thành lập một xã mới lấy tên là xã Bình Chánh
• Chia xã Bình Đào thành 2 xã lấy tên là xã Bình Đào và xã Bình Minh.

Ngày 31 tháng 12 năm 1985, hai xã phía tây huyện là Bình Lâm và Thăng Phước chuyển sang trực thuộc huyện Hiệp Đức.[6]

Ngày 8 tháng 3 năm 2007, chia xã Bình Định thành hai xã Bình Định Bắc và Bình Định Nam.[7]

Huyện Thăng Bình có 1 thị trấn và 21 xã như hiện nay.