Theo sách Đại Nam Nhất Thống Chí, Trà Bồng xưa là một trong bốn nguồn (nguyên) của tỉnh Quảng Ngãi, được gọi là "Nguồn Đà Bồng". Năm Minh Mạng thứ 13 (1832), triều Nguyễn đổi tên thành "Nguồn Thanh Bồng". Năm 1915 Thực dân Pháp đổi thành "Đồn Trà Bồng" gồm 3 tổng: Sơn Bồng, Sơn Thuận và Sơn Thọ, chia làm 34 sách (làng).

Năm 1930, Thực dân Pháp đặt tại đây Đồn kiểm lý, dưới đồn kiểm lý có " Chánh, phó tổng dịch Man" ở các tổng và "Sách trưởng" ở các sách. Sau đó "Đồn Trà Bồng" được đổi tên thành " Châu Trà Bồng". Ở các xã vùng thấp, đồng bào Kinh sinh sống (lúc này thuộc huyện Bình Sơn) gồm: Làng Xuân Khương, ấp Đại An; làng Đông Phú, ấp Phú Tài; làng Bình Hòa, làng An Phong, ấp Thạch Bích; ở mỗi làng Thực dân Pháp đặt một Lý trưởng đứng đầu.

Sau Cách mạng tháng Tám năm 1945, Chính quyền cách mạng đổi tên châu Trà Bồng thành huyện Trà Bồng, các sách cũ nhập thành các xã mới, các làng ở phía tây huyện Bình Sơn nhập vào huyện Trà Bồng, hình thành 10 xã đồng bào dân tộc thiểu số là: Trà Khê, Trà Phong, Trà Quân, Trà Lâm, Trà Giang, Trà Thanh, Trà Lãnh, Trà Nham, Trà Thủy, Trà Sơn. Đối với các làng, ấp người Kinh, chính quyền tổ chức lại thành 3 xã: Xuân Khương và Đại An hợp thành xã Nguyễn Lang; Đông Phú và Phú Tài hợp thành xã Đào Yển; Bình Hòa, Vinh Hòa, An Phong, Thạch Bích hợp thành xã Nguyễn Hiệt. Đầu năm 1946, ba xã Nguyễn Lang, Nguyễn Hiệt, Đào Yển hợp nhất thành xã có tên là Võ Cẩn.

Cuối năm 1955, sau khi tiếp quản Trà Bồng, chính quyền Sài Gòn đổi huyện Trà Bồng thành quận Trà Bồng, lập nên 7 xã và 13 ấp. ba xã người Kinh đổi tên gọi là Trà Khương, Trà An, Trà Hòa. Về phía chính quyền cách mạng, để xây dựng căn cứ địa phục vụ cho lãnh đạo, chỉ đạo, vào năm 1957, Tỉnh ủy Quảng Ngãi quyết định tách 4 xã người Kor của huyện Sơn Hà là: Sơn Thọ, Sơn Hiệp, Sơn Bùi, Sơn Tân, sáp nhập vào huyện Trà Bồng và lần lượt đổi tên thành: Trà Thọ, Trà Hiệp, Trà Tân, Trà Bùi.

Tháng 5 năm 1958, để thuận lợi cho việc lãnh đạo, chỉ đạo phong trào cách mạng, Tỉnh ủy Quảng Ngãi quyết định tách các xã Đông Bắc của huyện, thành lập khu I (Trà Xuân, Trà Phú, Trà Bình, Trà Sơn, Trà Thủy, Trà Giang) các xã vùng núi Cà Đam thành lập khu II (Trà Tân, Trà Bùi, Trà Phong, Trà Lãnh, Trà Nham, Trà Thọ, Trà Xinh, các xã phía Tây thành lập khu IV (Trà Khê, Trà Thanh, Trà Hiệp, Trà Lâm).

Đầu năm 1970, Trà Bồng được chia làm 2 huyện là Đông Trà và Tây Trà. Cuối năm 1970, Khu ủy V nhập huyện Trà Bồng và Sơn Tây thành Khu Sơn Trà trực thuộc Khu A của Khu ủy V. Cuối năm 1972, Khu Sơn Trà giải thể, các xã Sơn Tây trở lại Sơn Tây, các xã thuộc huyện Trà Bồng được tái lập như cũ.

Sau năm 1975, sau nhiều lần tách, nhập các đơn vị hành chính cơ sở, huyện Trà Bồng có 20 xã: Trà Bình, Trà Bùi, Trà Giang, Trà Hiệp, Trà Khê, Trà Lâm, Trà Lãnh, Trà Nham, Trà Phong, Trà Phú, Trà Quân, Trà Sơn, Trà Tân, Trà Tây, Trà Thanh, Trà Thọ, Trà Thủy, Trà Trung, Trà Xinh, Trà Xuân.

Ngày 20 tháng 4 năm 1978, sáp nhập ba xã Trà Tây, Trà Xinh, Trà Trung vào xã Trà Thọ.[1]

Đến cuối năm 1990, huyện Trà Bồng có 19 xã: Trà Bình, Trà Bùi, Trà Giang, Trà Hiệp, Trà Khê, Trà Lâm, Trà Lãnh, Trà Nham, Trà Phong, Trà Phú, Trà Quân, Trà Sơn, Trà Tân, Trà Thanh, Trà Thọ, Trà Thủy, Trà Trung, Trà Xinh, Trà Xuân.

Ngày 23 tháng 6 năm 1999, thành lập thị trấn Trà Xuân trên cơ sở toàn bộ diện tích và dân số của xã Trà Xuân.

Năm 2002, huyện Trà Bồng có thị trấn Trà Xuân và 18 xã: Trà Bình, Trà Bùi, Trà Giang, Trà Hiệp, Trà Khê, Trà Lâm, Trà Lãnh, Trà Nham, Trà Phong, Trà Phú, Trà Quân, Trà Sơn, Trà Tân, Trà Thanh, Trà Thọ, Trà Thủy, Trà Trung, Trà Xinh.

Ngày 1 tháng 12 năm 2003, Chính phủ ban hành Nghị định số 145/2003/NĐ-CP.[2] Theo đó, tách 9 xã: Trà Khê, Trà Lãnh, Trà Nham, Trà Phong, Trà Quân, Trà Thanh, Trà Thọ, Trà Trung, Trà Xinh để thành lập huyện Tây Trà.

Huyện Trà Bồng còn lại thị trấn Trà Xuân và 9 xã: Trà Phú, Trà Bình, Trà Tân, Trà Bùi, Trà Giang, Trà Thủy, Trà Hiệp, Trà Lâm, Trà Sơn.

Ngày 10 tháng 1 năm 2020, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 867/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp huyện, cấp xã thuộc tỉnh Quảng Ngãi (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 2 năm 2020)[3]. Theo đó:

• Sáp nhập toàn bộ 339,10 km² diện tích tự nhiên và 20.168 người của huyện Tây Trà (gồm 9 xã: Trà Khê, Trà Lãnh, Trà Nham, Trà Phong, Trà Quân, Trà Thanh, Trà Thọ, Trà Trung, Trà Xinh) trở lại huyện Trà Bồng.
• Hợp nhất hai xã Trà Quân và Trà Khê thành xã Sơn Trà.
• Hợp nhất hai xã Trà Nham và Trà Lãnh thành xã Hương Trà.
• Hợp nhất hai xã Trà Trung và xã Trà Thọ thành xã Trà Tây.

Huyện Trà Bồng có 1 thị trấn và 15 xã như hiện nay.