Trước đây, Thạch Khôi là một xã thuộc huyện Gia Lộc.

Ngày 19 tháng 3 năm 2008, xã Thạch Khôi được sáp nhập vào thành phố Hải Dương.[4]

Ngày 29 tháng 12 năm 2013, Chính phủ ban hành Nghị quyết số 138/NQ-CP[1]. Theo đó, thành lập phường Thạch Khôi trên cơ sở toàn bộ 533,7 ha diện tích tự nhiên và 9.997 người của xã Thạch Khôi.

Ngày 16 tháng 10 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 788/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp huyện, cấp xã thuộc tỉnh Hải Dương (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 12 năm 2019)[5][3]. Theo đó:

• Điều chỉnh 18,58 ha diện tích tự nhiên và 5 người của xã Tân Hưng về phường Thạch Khôi
• Điều chỉnh 4,49 ha diện tích tự nhiên và 13 người của phường Thạch Khôi về xã Tân Hưng

Sau khi điều chỉnh địa giới hành chính, phường Thạch Khôi có 547,18 ha diện tích tự nhiên và 19.097 người.