Trước đây huyện Tuy Phước thuộc phủ An Nhơn, tỉnh Bình Định. Địa bàn huyện Tuy Phước khi đó bao gồm cả huyện Vân Canh và thành phố Quy Nhơn ngày nay

Cuối năm 1975, huyện Vân Canh và huyện Tuy Phước hợp nhất thành huyện Phước Vân, thuộc tỉnh Nghĩa Bình.

Huyện được tái lập ngày 24-8-1981 do chia tách huyện Phước Vân thành hai huyện như cũ, ban đầu gồm 12 xã: Phước An, Phước Hiệp, Phước Hòa, Phước Hưng, Phước Lộc, Phước Long, Phước Nghĩa, Phước Quang, Phước Sơn, Phước Thắng, Phước Thành, Phước Thuận.

Ngày 23-9-1981, chia xã Phước Long thành hai xã lấy tên xã Phước Long và xã Phước Thạnh; chia xã Phước Thành thành ba xã lấy tên là xã Canh Hiển, Canh Vinh và Phước Thành; sáp nhập xã Canh Hiển và xã Canh Vinh của huyện Tuy Phước vào huyện Vân Canh.

Ngày 3-7-1986, sáp nhập xã Phước Thạnh của huyện Tuy Phước vào thị xã Quy Nhơn (sau gọi là thành phố Quy Nhơn) và đổi tên xã Phước Thạnh thành xã Nhơn Thạnh (nay là 2 phường Bùi Thị Xuân và Trần Quang Diệu).

Ngày 12-3-1987, thành lập thị trấn Tuy Phước - thị trấn huyện lỵ huyện Tuy Phước trên cơ sở sáp nhập 543,82ha diện tích tự nhiên và 8.413 nhân khẩu của xã Phước Nghĩa; 36ha diện tích tự nhiên và 365 nhân khẩu của xã Phước Long.

Năm 1989, huyện Tuy Phước thuộc tỉnh Bình Định vừa được tái lập

Ngày 11-7-1994, chia xã Phước Thành thành hai xã lấy tên xã Phước Thành và xã Phước Mỹ; thành lập thị trấn Diêu Trì trên cơ sở toàn bộ diện tích và dân số của xã Phước Long.

Ngày 15-11-2005, xã Phước Mỹ được sáp nhập vào thành phố Quy Nhơn.