Thời Việt Nam Cộng Hòa, vùng đất hai huyện Thống Nhất và Trảng Bom ngày nay thuộc phạm vi ba quận Đức Tu (tỉnh Biên Hòa), Xuân Lộc và Kiệm Tân (tỉnh Long Khánh), gồm các xã: Hố Nai, Trảng Bom (quận Đức Tu), Dầu Giây, Hưng Lộc (quận Xuân Lộc), Gia Kiệm, Gia Tân, Bến Nôm (quận Kiệm Tân).

Về phía chính quyền cách mạng, địa bàn huyện Thống Nhất thuộc các huyện Vĩnh Cửu (tỉnh Biên Hòa) và Xuân Lộc (tỉnh Bà Rịa - Long Khánh). Tháng 10 năm 1973, huyện 21 được thành lập, gồm các xã nằm dọc Quốc lộ 1A và Quốc lộ 20: Hố Nai, Trảng Bom 1, Trảng Bom 2, Bàu Hàm 1, Bàu Hàm 2, Cây Gáo, Hưng Lộc, Gia Tân, Gia Kiệm, Võ Dõng, Túc Trưng. Sau đó, huyện 21 được đổi tên thành huyện Thống Nhất.

Từ năm 1976 đến nay

Từ năm 1976, huyện Thống Nhất thuộc tỉnh Đồng Nai, gồm 17 xã: An Viễn, Bàu Hàm 1, Bàu Hàm 2, Cây Gáo, Đồi 61, Gia Kiệm, Gia Tân, Giang Điền, Hố Nai 1, Hố Nai 2, Hố Nai 3, Hố Nai 4, Hưng Lộc, Lộ 25, Thanh Bình, Trảng Bom 1, Trảng Bom 2.

Ngày 23 tháng 12 năm 1978, chuyển 2 xã Hố Nai 1 (nay là phường Hố Nai) và Hố Nai 2 (nay là 2 phường Tân Biên và Tân Hòa) về thành phố Biên Hòa quản lý[2]. Huyện Thống Nhất còn lại 15 xã: An Viễn, Bàu Hàm 1, Bàu Hàm 2, Cây Gáo, Đồi 61, Gia Kiệm, Gia Tân, Giang Điền, Hố Nai 3, Hố Nai 4, Hưng Lộc, Lộ 25, Thanh Bình, Trảng Bom 1, Trảng Bom 2.

Ngày 8 tháng 12 năm 1982, chia xã Gia Tân thành 3 xã: Gia Tân 1, Gia Tân 2, Gia Tân 3; chia xã Gia Kiệm thành 2 xã: Gia Kiệm và Quang Trung[3].

Ngày 29 tháng 8 năm 1994, chia xã Trảng Bom 1 thành thị trấn Trảng Bom và xã Sông Trầu; chia xã Trảng Bom 2 thành 3 xã: Đông Hòa, Tây Hòa, Trung Hòa; chia xã Hố Nai 4 thành 3 xã: Bắc Sơn, Bình Minh, Quảng Tiến; chia xã Hưng Lộc thành 2 xã: Hưng Lộc và Hưng Thịnh; chia xã Bàu Hàm 1 thành 2 xã: Bàu Hàm và Sông Thao.

Cuối năm 2002, huyện Thống Nhất có 1 thị trấn Trảng Bom và 24 xã: An Viễn, Bắc Sơn, Bàu Hàm, Bàu Hàm 2, Bình Minh, Cây Gáo, Đồi 61, Đông Hòa, Gia Kiệm, Gia Tân 1, Gia Tân 2, Gia Tân 3, Giang Điền, Hố Nai 3, Hưng Lộc, Hưng Thịnh, Lộ 25, Quảng Tiến, Quang Trung, Sông Thao, Sông Trầu, Tây Hòa, Thanh Bình, Trung Hòa.

Ngày 21 tháng 8 năm 2003, Chính phủ đã ban hành Nghị định số 97/2003/NĐ-CP[1]. Theo đó, thành lập huyện Trảng Bom trên cơ sở tách thị trấn Trảng Bom và 16 xã: Hố Nai 3, Bắc Sơn, Bình Minh, Quảng Tiến, Sông Trầu, Tây Hòa, Trung Hòa, Đông Hòa, Hưng Thịnh, Sông Thao, Bàu Hàm, Giang Điền, An Viễn, Đồi 61, Cây Gáo, Thanh Bình thuộc huyện Thống Nhất; đồng thời sáp nhập 2 xã Xuân Thiện và Xuân Thạnh của huyện Long Khánh vừa giải thể vào huyện Thống Nhất.

Sau khi điều chỉnh địa giới hành chính, huyện Thống Nhất có 10 xã: Bàu Hàm 2, Gia Tân 1, Gia Tân 2, Gia Tân 3, Gia Kiệm, Hưng Lộc, Lộ 25, Quang Trung, Xuân Thạnh, Xuân Thiện.

Ngày 10 tháng 5 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội thông qua Nghị quyết số 694/NQ-UBTVQH14[4]. Theo đó:

• Điều chỉnh 4,69 km² diện tích tự nhiên và 13.692 người của xã Bàu Hàm 2 vào xã Xuân Thạnh
• Điều chỉnh 5,43 km² diện tích tự nhiên và 2.300 người của xã Bàu Hàm 2 vào xã Hưng Lộc
• Điều chỉnh 14,07 km² diện tích tự nhiên và 42 người của xã Xuân Thạnh vào xã Bàu Hàm 2
• Điều chỉnh 8,79 km² diện tích tự nhiên và 4.266 người của xã Xuân Thạnh vào xã Hưng Lộc
• Điều chỉnh 5,97 km² diện tích tự nhiên và 2.974 người của xã Quang Trung vào xã Bàu Hàm 2
• Thành lập thị trấn Dầu Giây trên cơ sở toàn bộ diện tích tự nhiên và dân số của xã Xuân Thạnh sau khi điều chỉnh địa giới hành chính.

Huyện Thống Nhất có 1 thị trấn và 9 xã như hiện nay.