Thắng Tam xưa là một trong ba "thuyền" thuộc thủ Phước Thắng, được hình thành vào khoảng đầu thế kỷ XIX, do ông đội Ngô Văn Huyền đứng đầu. Làng lập nên không theo lối quy dân lập ấp truyền thống mà từ một đơn vị lính đồn trú được giải thể, sau này mới hình thành làng Thắng Tam.[3]

Dưới thời Pháp thuộc, Thắng Tam là một trong 7 xã thôn thuộc tổng Vũng Tàu, thị xã Cap Saint Jacques.

Ngày 22 tháng 10 năm 1956, chính quyền Việt Nam Cộng hòa giải thể thị xã Vũng Tàu, chuyển thành quận Vũng Tàu thuộc tỉnh Phước Tuy mới thành lập. Ngày 30 tháng 1 năm 1957, Nghị định số 6-BNV/HC/NĐ của Bộ Nội vụ ấn định các đơn vị hành chánh tỉnh Phước Tuy. Theo đó, Thắng Tam là một xã thuộc quận Vũng Tàu.

Ngày 30 tháng 3 năm 1965, Thủ tướng Việt Nam Cộng hòa ban hành Sắc lệnh số 55/SL-NV chia địa phận thị xã Vũng Tàu thành nhiều khu phố. Đến ngày 22 tháng 8 năm 1972, Tổng trưởng Nội vụ chính quyền Việt Nam Cộng Hòa lại ban hành Nghị định số 553-BNV/HCĐP/NÐ, đổi các danh xưng "khu phố" của thị xã thành phường. Theo đó, khu phố Thắng Tam trở thành phường Thắng Tam.

Sau năm 1975, Vũng Tàu trở thành thị xã trực thuộc tỉnh Đồng Nai. Ngày 30 tháng 5 năm 1979, đặc khu Vũng Tàu - Côn Đảo được thành lập[4], Thắng Tam trở thành một phường thuộc đặc khu.

Ngày 14 tháng 5 năm 1986, Hội đồng Bộ trưởng ban hành Quyết định số 58-HĐBT[5]. Theo đó:

• Sáp nhập 4 tổ dân phố với 633 người của phường Thắng Tam vào phường Châu Thành
• Sáp nhập 5 tổ dân phố với 1.432 người của phường Thắng Tam vào phường Thắng Nhì
• Chia phần còn lại của phường Thắng Tam thành 3 phường lấy tên là phường 2, phường 3 và phường 8.

Ngày 12 tháng 8 năm 1991, đặc khu Vũng Tàu - Côn Đảo giải thể[6], phường 2 trực thuộc thành phố Vũng Tàu, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu.

Ngày 24 tháng 12 năm 2004, Chính phủ ban hành Nghị định 212/2004/NĐ-CP[1]. Theo đó, thành lập phường Thắng Tam trên cơ sở 251,50 ha diện tích tự nhiên và 13.410 người của phường 2.