Phần lớn địa bàn thị trấn Thạch Hà ngày nay trước đây là các xã Thạch Thượng và Thạch Thanh thuộc huyện Thạch Hà.

Ngày 23 tháng 2 năm 1977, sáp nhập xóm Hạ Lưu của xã Thạch Lưu vào xã Thạch Thượng.[5]

Ngày 19 tháng 8 năm 1985, thành lập thị trấn Cày trên cơ sở 60,5 ha diện tích tự nhiên của xã Thạch Thượng và 23,5 ha diện tích tự nhiên của xã Thạch Trung.[1]

Ngày 28 tháng 5 năm 2001, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của xã Thạch Thượng vào thị trấn Cày để thành lập thị trấn Thạch Hà.[2]

Sau khi sáp nhập, thị trấn Thạch Hà có 767 ha diện tích tự nhiên và 8.658 người.

Ngày 21 tháng 11 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 819/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Hà Tĩnh (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[4]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ 6,31 km² diện tích tự nhiên và 3.578 người của xã Thạch Thanh vào thị trấn Thạch Hà.

Sau khi sáp nhập, thị trấn Thạch Hà có diện tích 14,93 km², dân số là 13.647 người.