Đảng bộ tỉnh Phú Thọ tiền thân là Ban cán sự Đảng tỉnh Phú Thọ, được thành lập vào tháng 3/1940, do ủy viên Xứ ủy Bắc Kỳ Lương Khánh Thiện thay mặt Ban Thường vụ Xứ ủy Bắc Kỳ quyết định.

Ban cán sự Đảng tỉnh được lập ra trên cơ sở 4 chi bộ đầu tiên trên địa bàn tỉnh. Tỉnh ủy lâm thời do Xứ ủy chỉ định gồm 5 ủy viên; Đào Duy Kỳ được phân công làm Bí thư. Hội nghị thành lập Đảng bộ tỉnh được tổ chức tại ấp Cẩm Sơn (nay thuộc xã Liên Hoa, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ).

Tháng 1/1947 Đại hội Đại biểu Đảng bộ Phú Thọ tổ chức tại Cát Trù, huyện Cẩm Khê. Đại hội đã bầu Ban Chấp hành đảng bộ tỉnh, bí thư tỉnh ủy. Đại hội đã quyết định đổi tên Ban Cán sự Đảng tỉnh Phú Thọ thành Tỉnh ủy Phú Thọ.

Ngày 26/01/1968, Uỷ ban Thường vụ Quốc hội ra Nghị quyết 504-NQ/QH về việc hợp nhất hai tỉnh Phú Thọ và Vĩnh Phúc thành tỉnh Vĩnh Phú để phù hợp với yêu cầu và nhiệm vụ trong giai đoạn mới của cách mạng. Tháng 5/1968, Ban Chấp hành Trung ương Đảng chỉ định Ban Chấp hành lâm thời Đảng bộ tỉnh Vĩnh Phú.

Trong thời gian từ 1968-1996 Đảng bộ Phú Thọ và Đảng bộ Vĩnh Phúc hợp chung thành Đảng bộ Vĩnh Phú.

Ngày 12/12/1996, Bộ Chính trị, Ban Chấp hành Trung ương Đảng đã ra Quyết định số 117-QĐNS/TW thành lập Đảng bộ Phú Thọ và chỉ định Ban Chấp hành lâm thời của Đảng bộ.

Từ 1996 tới nay Đảng bộ được gọi là Tỉnh ủy Phú Thọ.