Địa bàn xã Sơn Trà hiện nay trước đây vốn là hai xã Trà Quân và Trà Khê thuộc huyện Trà Bồng.

Ngày 1 tháng 12 năm 2003, Chính phủ ban hành Nghị định số 145/2003/NĐ-CP[3]. Theo đó, tách 9 xã phía tây huyện Trà Bồng để thành lập huyện Tây Trà, các xã Trà Khê và Trà Quân thuộc huyện Tây Trà.

Trước khi sáp nhập, xã Trà Khê có diện tích 32,65 km², dân số là 1.902 người, mật độ dân số đạt 58 người/km². Xã Trà Quân có diện tích 17,27 km², dân số là 2.013 người, mật độ dân số đạt 117 người/km².

Ngày 10 tháng 1 năm 2020, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của huyện Tây Trà trở lại huyện Trà Bồng. Đồng thời, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của xã Trà Quân và xã Trà Khê thành xã Sơn Trà thuộc huyện Trà Bồng.[1]