Trước năm 1975, huyện Đồng Phú ngày nay vốn là quận Đôn Luân, tỉnh Phước Long, được thành lập ngày 24 tháng 7 năm 1961. Quận Đôn Luân có 4 tổng, 5 xã, quận lỵ đặt tại Đồng Xoài, xã Phước Thiện.

Sau năm 1975, quận Đôn Luân đổi thành huyện Đồng Xoài.

Tháng 2 năm 1976, 3 tỉnh Bình Dương, Bình Long, Phước Long hợp nhất thành tỉnh Sông Bé, huyện Đồng Xoài thuộc tỉnh Sông Bé.

Ngày 11 tháng 3 năm 1977, huyện Đồng Phú được thành lập trên cơ sở sáp nhập 2 huyện Đồng Xoài và Phú Giáo. Khi mới thành lập, huyện gồm 11 xã: An Bình, An Linh, Đồng Xoài, Phú Riềng, Phước Vĩnh, Tân Hiệp, Tân Hòa, Tân Hưng, Tân Lập, Tân Lợi, Tân Thành.

Ngày 4 tháng 7 năm 1988:

• Chia xã Phú Riềng thành hai xã: Phú Riềng và Thuận Lợi
• Chuyển xã Phú Riềng về huyện Phước Long quản lý (nay xã Phú Riềng thuộc huyện Phú Riềng).

Ngày 1 tháng 8 năm 1994:

• Chia xã Phước Vĩnh thành thị trấn Phước Vĩnh và xã Vĩnh Hòa
• Chia xã Đồng Xoài thành thị trấn Đồng Xoài và xã Đồng Tâm
• Chia xã Tân Hưng thành 2 xã: Tân Hưng và Tân Phước.

Ngày 29 tháng 8 năm 1994, thành lập xã Phước Sang trên cơ sở điều chỉnh một phần diện tích tự nhiên và dân số của xã An Bình.

Đến cuối năm 1995, huyện Đồng Phú có 2 thị trấn: Đồng Xoài (huyện lỵ), Phước Vĩnh và 13 xã: An Bình, An Linh, Đồng Tâm, Phước Sang, Tân Hiệp, Tân Hòa, Tân Hưng, Tân Lập, Tân Lợi, Tân Phước, Tân Thành, Thuận Lợi, Vĩnh Hòa.

Ngày 6 tháng 11 năm 1996, tỉnh Sông Bé tách thành 2 tỉnh Bình Phước và Bình Dương; đồng thời chuyển thị trấn Phước Vĩnh và 5 xã: An Bình, An Linh, Phước Sang, Tân Hiệp, Vĩnh Hòa về huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương quản lý (nay 6 đơn vị hành chính này thuộc huyện Phú Giáo). Tỉnh lỵ tỉnh Bình Phước đặt tại thị trấn Đồng Xoài, huyện Đồng Phú.

Tính đến năm 1998, huyện Đồng Phú có 1 thị trấn Đồng Xoài và 8 xã: Đồng Tâm, Tân Hòa, Tân Lập, Tân Hưng, Tân Lợi, Tân Phước, Tân Thành, Thuận Lợi.

Ngày 01 tháng 09 năm 1999, Chính phủ ban hành Nghị định số 90/1999/NĐ-CP, thành lập thị xã Đồng Xoài (nay là thành phố Đồng Xoài) trên cơ sở tách thị trấn Đồng Xoài và xã Tân Thành cùng với một phần diện tích và nhân khẩu của các xã Tân Phước, Thuận Lợi, Tân Hưng.

Huyện còn lại 7 xã: Đồng Tâm, Tân Hòa, Tân Lập, Tân Hưng, Tân Lợi, Tân Phước, Thuận Lợi.

Ngày 5 tháng 4 năm 2002:

• Chia xã Đồng Tâm thành 2 xã: Đồng Tâm và Đồng Tiến
• Chia xã Tân Hòa thành 2 xã: Tân Hòa và Tân Tiến
• Chia xã Tân Lợi thành thị trấn Tân Phú và xã Tân Lợi
• Chia xã Thuận Lợi thành 2 xã: Thuận Lợi và Thuận Phú.

Từ đó, huyện Đồng Phú có 1 thị trấn và 10 xã, giữ ổn định cho đến nay.