Sau Cách mạng Tháng Tám năm 1945, địa bàn xã Trường Xuân hiện nay tương ứng với xã Thọ Trường thuộc huyện Thọ Xuân. Tháng 3 năm 1954, xã Thọ Trường chia thành 3 xã: Thọ Trường, Xuân Tân và Xuân Vinh.[4][5]

Đến năm 2018, xã Xuân Tân có diện tích 3,69 km², dân số là 3.241 người, mật độ dân số đạt 878 người/km². Xã Xuân Vinh có diện tích 5,95 km², dân số là 4.732 người, mật độ dân số đạt 795 người/km². Xã Thọ Trường có diện tích 4,10 km², dân số là 2.919 người, mật độ dân số đạt 712 người/km².

Ngày 16 tháng 10 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 786/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Thanh Hóa (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 12 năm 2019)[1]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của 3 xã: Xuân Tân, Xuân Vinh, Thọ Trường thành xã Trường Xuân.