Địa bàn xã Tân Thạnh trước đây là một phần xã Tân Thành thuộc huyện Cà Mau.

Ngày 25 tháng 7 năm 1979, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định số 275-CP[1]. Theo đó, chia xã Tân Thành thành 3 xã: Tân Thành, Tân Định và Tân Thạnh.

Ngày 30 tháng 8 năm 1983, Hội đồng Bộ trưởng ban hành Quyết định 94-HĐBT[4]. Theo đó, giải thể huyện Cà Mau và sáp nhập xã Tân Thạnh vào huyện Giá Rai.

Từ ngày 15 tháng 5 năm 2015, xã Tân Thạnh trực thuộc thị xã Giá Rai.[5]