Địa bàn xã Đồng Thắng hiện nay trước đây vốn là hai xã Đông Viên và Rã Bản thuộc huyện Chợ Đồn.

Xã Đông Viên được đổi tên từ xã Đồng Thắng và xã Rã Bản được đổi tên từ xã Đức Thượng vào ngày 12 tháng 5 năm 1964 theo Quyết định số 150-NV của Bộ Nội vụ.[3]

Trước khi sáp nhập, xã Rã Bản có diện tích 24,78 km², dân số là 1.560 người, mật độ dân số đạt 63 người/km², có 10 thôn, bản: Nà Cà, Bản Hun, Kéo Hấy, Khuổi Nhang, Nà Phung, Nà Tải, Bản Chói, Cốc Quang, Pác Giả, Khuổi Giả. Xã Đông Viên có diện tích 21,62 km², dân số là 2.057 người, mật độ dân số đạt 95 người/km², có 12 thôn, bản: Bản Cáu, Cốc Lùng, Nà Chang, Khau Chủ, Làng Sen, Nà Mèo, Nà Lào, Nà Pèng, Cốc Héc, Nà Kham, Nà Cọ, Nà Vằn.

Ngày 10 tháng 1 năm 2020, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 855/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Bắc Kạn (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 2 năm 2020)[1]. Theo đó, sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của hai xã Đông Viên và Rã Bản thành xã Đồng Thắng.