Thành phố Thủ Dầu Một có 14 phường trực thuộc, gồm: Chánh Mỹ, Chánh Nghĩa, Định Hòa, Hiệp An, Hiệp Thành, Hòa Phú, Phú Cường, Phú Hòa, Phú Lợi, Phú Mỹ, Phú Tân, Phú Thọ, Tân An, Tương Bình Hiệp.[6]

Trong đó, phường Phú Cường là phường trung tâm, nơi đặt trụ sở UBND thành phố. Phường Hòa Phú là phường trung tâm của khu đô thị Thành phố mới Bình Dương, nơi đặt trung tâm hành chính tỉnh.

Hiện nay, Thủ Dầu Một là 1 trong 7 thành phố trực thuộc tỉnh không có xã trực thuộc (cùng với Bắc Ninh, Dĩ An, Đông Hà, Huế, Sóc Trăng và Vĩnh Long).