Trước năm 2004, huyện Vĩnh Thạnh ngày nay thuộc địa phận huyện Thốt Nốt, tỉnh Cần Thơ.

Ngày 26 tháng 11 năm 2003, Quốc hội Việt Nam thông qua Nghị quyết số 22/2003/QH11 về việc chia và điều chỉnh địa giới hành chính một số tỉnh. Theo đó, chia tỉnh Cần Thơ thành thành phố Cần Thơ trực thuộc trung ương và tỉnh Hậu Giang.

Ngày 2 tháng 1 năm 2004, Chính phủ Việt Nam ban hành Nghị định số 05/2004/NĐ-CP[2] về việc thành lập các quận Ninh Kiều, Bình Thủy, Cái Răng, Ô Môn, các huyện Phong Điền, Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh, Thốt Nốt và các xã, phường, thị trấn thuộc thành phố Cần Thơ trực thuộc Trung ương.

Nội dung Nghị định về việc thành lập huyện Vĩnh Thạnh và các xã trực thuộc như sau:

• Thành lập huyện Vĩnh Thạnh trên cơ sở toàn bộ diện tích tự nhiên và dân số của thị trấn Thạnh An và các xã: Thạnh An, Thạnh Lộc, Thạnh Quới, Thạnh Mỹ, Thạnh Phú, Thạnh Thắng, Trung Hưng và 2.811,47 ha diện tích tự nhiên và 19.171 nhân khẩu của xã Vĩnh Trinh thuộc huyện Thốt Nốt. Huyện Vĩnh Thạnh có 41.034,84 ha diện tích tự nhiên và 153.964 nhân khẩu.
• Thành lập xã Vĩnh Trinh trên cơ sở 2.811,47 ha diện tích tự nhiên và 19.171 nhân khẩu của xã Vĩnh Trinh thuộc huyện Thốt Nốt.

Huyện Vĩnh Thạnh sau khi được thành lập có 41.034,84 ha diện tích tự nhiên và 153.964 nhân khẩu; có 9 đơn vị hành chính trực thuộc gồm thị trấn Thạnh An và các xã: Thạnh An, Thạnh Lộc, Thạnh Mỹ, Thạnh Phú, Thạnh Quới, Thạnh Thắng, Trung Hưng, Vĩnh Trinh.

Ngày 16 tháng 1 năm 2007, Chính phủ Việt Nam ban hành Nghị định số 11/2007/NĐ-CP[3] về việc điều chỉnh địa giới hành chính xã, phường; thành lập phường, thị trấn thuộc các quận Ninh Kiều, Ô Môn và các huyện Phong Điền, Vĩnh Thạnh, thành phố Cần Thơ. Theo đó, thành lập thị trấn Vĩnh Thạnh thuộc huyện Vĩnh Thạnh trên cơ sở điều chỉnh 367,79 ha diện tích tự nhiên và 1.695 nhân khẩu của xã Thạnh Quới; 369,78 ha diện tích tự nhiên và 3.126 nhân khẩu của xã Thạnh Mỹ.

Huyện Vĩnh Thạnh có 41.036,22 ha diện tích tự nhiên và 156.067 nhân khẩu, có 10 đơn vị hành chính trực thuộc gồm các xã: Thạnh Quới, Thạnh Mỹ, Thạnh An, Thạnh Thắng, Vĩnh Trinh, Thạnh Phú, Trung Hưng, Thạnh Lộc và thị trấn Thạnh An, thị trấn Vĩnh Thạnh.

Ngày 6 tháng 11 năm 2007, Chính phủ Việt Nam ban hành Nghị định số 162/2007/NĐ-CP[4] về việc điều chỉnh địa giới hành chính xã, phường; thành lập xã, phường thuộc quận Bình Thuỷ, quận Ô Môn, huyện Thốt Nốt và huyện Vĩnh Thạnh, thành phố Cần Thơ. Theo đó, thành lập xã Thạnh Tiến thuộc huyện Vĩnh Thạnh trên cơ sở điều chỉnh 2.239,89 ha diện tích tự nhiên và 9.412 nhân khẩu của xã Thạnh An.

Huyện Vĩnh Thạnh có 41.029,27 ha diện tích tự nhiên với 152.759 nhân khẩu, có 11 đơn vị hành chính trực thuộc, bao gồm: thị trấn Thạnh An, thị trấn Vĩnh Thạnh và các xã: Thạnh Thắng, Thạnh An, Thạnh Tiến, Thạnh Quới, Thạnh Mỹ, Thạnh Phú, Thạnh Lộc, Trung Hưng, Vĩnh Trinh.

Ngày 23 tháng 12 năm 2008, Chính phủ Việt Nam ban hành Nghị định số 12/NĐ-CP[5] về việc điều chỉnh địa giới hành chính xã, thành lập xã thuộc huyện Thốt Nốt, huyện Vĩnh Thạnh, huyện Cờ Đỏ, thành lập quận Thốt Nốt và các phường trực thuộc, đồng thời điều chỉnh địa giới hành chính huyện Cờ Đỏ để thành lập huyện Thới Lai thuộc thành phố Cần Thơ. Từ đó, địa giới hành chính huyện Vĩnh Thạnh được điều chỉnh lại như sau:

• Thành lập xã Vĩnh Bình thuộc huyện Thốt Nốt trên cơ sở điều chỉnh 1.095,67 ha diện tích tự nhiên và 3.191 nhân khẩu của xã Thới Thuận; 857,84 ha diện tích tự nhiên và 4.038 nhân khẩu của xã Trung Nhứt.
• Điều chỉnh toàn bộ 1.953,51 ha diện tích tự nhiên và 7.229 nhân khẩu của xã Vĩnh Bình, huyện Thốt Nốt về huyện Vĩnh Thạnh quản lý.
• Điều chỉnh 201,85 ha diện tích tự nhiên và 1.047 nhân khẩu của xã Trung Hưng thuộc huyện Vĩnh Thạnh về xã Trung Thạnh thuộc huyện Thốt Nốt quản lý.
• Thành lập xã Thạnh Lợi thuộc huyện Vĩnh Thạnh trên cơ sở điều chỉnh 4.323,81 ha diện tích tự nhiên và 10.472 nhân khẩu của xã Thạnh Thắng.
• Điều chỉnh 545,19 ha diện tích tự nhiên và 2.426 nhân khẩu của xã Trung Hưng về xã Thạnh Lộc, huyện Vĩnh Thạnh quản lý.
• Điều chỉnh toàn bộ 9.570,53 ha diện tích tự nhiên và 20.520 nhân khẩu của xã Thạnh Phú thuộc huyện Vĩnh Thạnh về huyện Cờ Đỏ quản lý.
• Điều chỉnh toàn bộ 3.459,87 ha diện tích tự nhiên và 20.469 nhân khẩu còn lại của xã Trung Hưng thuộc huyện Vĩnh Thạnh về huyện Cờ Đỏ quản lý

Sau khi điều chỉnh địa giới hành chính xã và thành lập các xã mới, huyện Vĩnh Thạnh có 29.759,06 ha diện tích tự nhiên và 117.930 nhân khẩu, có 11 đơn vị hành chính trực thuộc, bao gồm các xã: Vĩnh Trinh, Vĩnh Bình, Thạnh Mỹ, Thạnh Quới, Thạnh An, Thạnh Tiến, Thạnh Thắng, Thạnh Lợi, Thạnh Lộc, thị trấn Vĩnh Thạnh và thị trấn Thạnh An.