Dưới thời Việt Nam Cộng hòa, Xuân Thịnh là một xã thuộc quận Sông Cầu, tỉnh Phú Yên.

Sau năm 1975, quận Sông Cầu sáp nhập với quận Đồng Xuân thành huyện Đồng Xuân, xã Xuân Thịnh thuộc huyện Đồng Xuân.

Ngày 30 tháng 9 năm 1981, Hội đồng Bộ trưởng ban hành Quyết định 100-HĐBT[3]. Theo đó, thành lập xã Xuân Phương trên cơ sở tách các thôn Lê Uyên, Trung Trinh của thị trấn Sông Cầu và các thôn Dân Phú I, Dân Phú II, Phú Mỹ của xã Xuân Thịnh.

Ngày 27 tháng 6 năm 1985, huyện Đồng Xuân được chia thành hai huyện Đồng Xuân và Sông Cầu[4], xã Xuân Thịnh thuộc huyện Sông Cầu.

Từ ngày 27 tháng 8 năm 2009, xã Xuân Thịnh thuộc thị xã Sông Cầu như hiện nay.[5]