Từ thời Hùng Vương đến thời kỳ Bắc thuộc, vùng đất Hưng Yên có tên là Tượng Quận. Cho đến thời nhà Triệu và sau đó là nhà Hán, vùng đất này được đổi tên thành quận Giao Chỉ. Năm 607, dưới triều Tùy, đất Giao Châu được chia thành nhiều quận, Hưng Yên khi đó vẫn thuộc quận Giao Chỉ. Năm 679, triều Đường tổ chức lại đơn vị hành chính, chia Giao Châu thành các huyện, trong đó vùng Hưng Yên thuộc huyện Vũ Bình. Dưới thời Ngô năm 938, Hưng Yên thuộc đất Đằng Châu. Năm 974, dưới triều Đinh, cả nước được chia thành các đạo, Hưng Yên thuộc Đằng Đạo.
Năm 1002, thời Tiền Lê, hệ thống đạo được đổi thành lộ, phủ và châu, vùng Hưng Yên thuộc về Đằng Châu. Năm 1005, vùng Đằng Châu được đổi Đằng Châu thành phủ Thái Bình. Năm 1010 đến 1222, thời Lý chia cả nước ra thành các lộ, và Hưng Yên thuộc Lộ Khoái. Đến năm 1242, triều Trần tiếp tục cải tổ hành chính, Hưng Yên thuộc Khoái Lộ. Năm 1407, khi nhà Minh đô hộ, An Nam bị đổi thành Giao Chỉ, vùng Hưng Yên khi đó thuộc phủ Kiến Xương. Năm 1426 đến năm 1428, dưới thời Hậu Lê, Hưng Yên thuộc Nam Đạo.
Tỉnh Hưng Yên nguyên thuộc thừa tuyên Thiên Trường đặt vào năm Quang Thuận thứ 10 đời Lê (1466). Năm 1469, Hưng Yên thuộc thừa tuyên Thiên Trường đổi thành Sơn Nam. Đến năm Cảnh Hưng thứ 2 thời Hậu Lê (1741), chia Sơn Nam thành Sơn Nam Thượng và Sơn Nam Hạ. Đời nhà Nguyễn năm Minh Mệnh thứ 3 (1822), Sơn Nam Thượng đổi thành trấn Sơn Nam còn Sơn Nam Hạ thì gọi là trấn Nam Định. Năm Minh Mệnh thứ 12 (1831), tên tỉnh Hưng Yên lần đầu xuất hiện, được thành lập gồm các huyện Đông Yên, Kim Động, Thiên Thi, Tiên Lữ, Phù Dung của trấn Sơn Nam và Thần Khê, Hưng Nhân, Duyên Hà của trấn Nam Định. Năm 1842, đổi tên huyện Phù Dung thành huyện Phù Cừ. Năm Tự Đức thứ 15 (1862), đổi huyện Thiên Thi thành huyện Ân Thi. Năm 1885, đổi tên huyện Đường Hào thành huyện Mỹ Hào.[3] [4]
Ngày 21 tháng 3 năm 1890, Toàn quyền Đông Dương ra nghị định thành lập tỉnh Thái Bình, gồm các huyện Vũ Tiên, Thư Trì, Chân Định, Tiền Hải, Đông Quan, Thuỵ Anh, Thanh Quan, Quỳnh Côi và Phụ Dực tách từ tỉnh Nam Định) và huyện Thần Khê (tách từ tỉnh Hưng Yên).
Ngày 25 tháng 2 năm 1890, Toàn quyền Đông Dương ra nghị định thành lập đạo Bãi Sậy, gồm 4 huyện:
- Huyện Yên Mỹ: được thành lập từ một số tổng huyện Đông Yên, Ân Thi của tỉnh Hưng Yên; một số tổng của huyện Mỹ Hào của tỉnh Hải Dương, một số tổng của huyện Văn Giang, tỉnh Bắc Ninh.
- Huyện Mỹ Hào: gồm các tổng còn lại sau khi cắt sang huyện Yên Mỹ.
- Huyện Cẩm Lương: gồm một số tổng thuộc huyện Cẩm Giàng của tỉnh Hải Dương, một số tổng thuộc huyện Lương Tài và Siêu Loại của tỉnh Bắc Ninh.
- Huyện Văn Lâm: chính thức được thành lập gồm một số tổng thuộc 3 huyện Văn Giang, Gia Lâm và Siêu Loại của tỉnh Bắc Ninh.
Trong năm 1891, hai lần Toàn quyền Đông Dương ra nghị định (12-4) và quyết định (32-11) để bãi bỏ đạo Bãi Sậy, nhập các huyện Yên Mỹ, Mỹ Hào, Văn Lâm vào tỉnh Hưng Yên.
Ngày 28 tháng 11 năm 1894, Toàn quyền Đông Dương ra nghị định cắt hai huyện Hưng Nhân và Duyên Hà thuộc tỉnh Hưng Yên sáp nhập vào tỉnh Thái Bình; lấy sông Luộc làm ranh giới giữa hai tỉnh Hưng Yên và Thái Bình.
Ngày 4 tháng 2 năm 1895, Kinh lược sứ Bắc Kỳ ra quyết định sáp nhập các làng Kỳ Bá, Bồ Xuyên vào phủ lỵ Kiến Xương để lập thị xã Thái Bình.
Sau năm 1945, bỏ cấp phủ, các huyện có sở lỵ phủ thì đổi theo tên của phủ kiêm quản trước đó: Thanh Quan thành Thái Ninh, Trực Định thành Kiến Xương, Thần Khê thành Tiên Hưng, Đông Yên thành Khoái Châu.
Khi đó, tỉnh Thái Bình có 13 đơn vị hành chính gồm thị xã Thái Bình và 12 huyện: Đông Quan, Duyên Hà, Hưng Nhân, Kiến Xương, Phụ Dực, Quỳnh Côi, Thái Ninh, Thư Trì, Thụy Anh, Tiền Hải, Tiên Hưng, Vũ Tiên.
Ngày 15 tháng 8 năm 1946, theo Nghị định số 1216 của Uỷ ban Hành chính Bắc Bộ thành lập thị xã Hưng Yên gồm 2 khu phố Đằng Giang và Đầu Lĩnh.
Tháng 2 năm 1947, huyện Văn Giang của tỉnh Bắc Ninh được sáp nhập vào tỉnh Hưng Yên. Lúc này, tỉnh Hưng Yên gồm các thị xã Hưng Yên và các huyện Văn Lâm, Văn Giang, Mỹ Hào, Yên Mỹ, Khoái Châu, Kim Động, Ân Thi, Tiên Lữ và Phù Cừ.
Ngày 2 tháng 12 năm 1955, điều chỉnh địa giới của các huyện Đông Quan, Phụ Dực, Quỳnh Côi, Thái Ninh, Thụy Anh, Tiên Hưng, Tiền Hải.[5]
Ngày 28 tháng 2 năm 1958, điều chỉnh địa giới của ba huyện Phụ Dực, Quỳnh Côi và Thụy Anh.[6]
Ngày 31 tháng 5 năm 1961, xã Văn Đức thuộc huyện Văn Giang được sáp nhập về huyện Gia Lâm của thành phố Hà Nội.[7]
Ngày 19 tháng 4 năm 1963, điều chỉnh địa giới hành chính huyện Vũ Tiên và Thư Trì để mở rộng thị xã Thái Bình.
Ngày 26 tháng 1 năm 1968, tỉnh Hưng Yên và tỉnh Hải Dương được sáp nhập với nhau, lấy tên là tỉnh Hải Hưng, tỉnh lỵ được đặt tại thị xã Hải Dương (nay là thành phố Hải Dương).[8]
Ngày 17 tháng 6 năm 1969, 2 huyện Hưng Nhân, Duyên Hà và 5 xã: Bắc Sơn, Đông Đô, Hòa Bình, Chi Lăng và Tây Đô của huyện Tiên Hưng hợp nhất thành huyện Hưng Hà; huyện Đông Quan và phần còn lại của huyện Tiên Hưng hợp nhất thành huyện Đông Hưng; 2 huyện Quỳnh Côi và Phụ Dực hợp nhất thành huyện Quỳnh Phụ; 2 huyện Thái Ninh và Thụy Anh hợp nhất thành huyện Thái Thụy; 13 xã của huyện Vũ Tiên được sáp nhập vào huyện Kiến Xương, phần còn lại của huyện Vũ Tiên và Thư Trì hợp nhất thành huyện Vũ Thư.Tỉnh Thái Bình còn 1 thị xã và 7 huyện.[9]
Năm 1975, thị xã Hưng Yên gồm 2 phường Lê Lợi, Minh Khai và xã Hồng Châu.
Ngày 11 tháng 3 năm 1977, hợp nhất 2 huyện Phù Cừ và Tiên Lữ thành huyện Phù Tiên; hợp nhất 2 huyện Văn Giang và Yên Mỹ thành huyện Văn Yên; hợp nhất 2 huyện Văn Lâm và Mỹ Hào thành huyện Văn Mỹ.[10]
Ngày 24 tháng 2 năm 1979, hợp nhất 2 huyện Kim Động và Ân Thi thành huyện Kim Thi; hợp nhất huyện Văn Mỹ và 1 phần huyện Văn Yên thành huyện Mỹ Văn; hợp nhất phần còn lại của huyện Văn Yên và huyện Khoái Châu thành huyện Châu Giang.[11]
Ngày 4 tháng 1 năm 1982, điều chỉnh địa giới hành chính huyện Kim Thi để mở rộng thị xã Hưng Yên.
Ngày 8 tháng 4 năm 1982, điều chỉnh địa giới hành chính huyện Vũ Thư để mở rộng thị xã Thái Bình.
Ngày 20 tháng 3 năm 1986, điều chỉnh địa giới hành chính huyện Vũ Thư và Đông Hưng để mở rộng thị xã Thái Bình.
Ngày 27 tháng 1 năm 1996, chia huyện Kim Thi thành 2 huyện: Kim Động và Ân Thi.[12]
Ngày 6 tháng 11 năm 1996, tái lập tỉnh Hưng Yên từ tỉnh Hải Hưng. Sau khi tách ra, tỉnh Hưng Yên có 6 đơn vị hành chính gồm thị xã Hưng Yên và 5 huyện: Ân Thi, Châu Giang, Kim Động, Mỹ Văn, Phù Tiên.[13]
Ngày 24 tháng 2 năm 1997, chia huyện Phù Tiên thành 2 huyện: Phù Cừ và Tiên Lữ.[14]
Ngày 24 tháng 7 năm 1999, chia huyện Châu Giang thành 2 huyện: Khoái Châu và Văn Giang; chia huyện Mỹ Văn thành 3 huyện: Mỹ Hào, Văn Lâm, Yên Mỹ.[15]
Ngày 23 tháng 9 năm 2003, điều chỉnh địa giới hành chính huyện Kim Động và Tiên Lữ để mở rộng thị xã Hưng Yên.[16]
Ngày 18 tháng 4 năm 2003, thị xã Thái Bình được công nhận là đô thị loại III.
Ngày 29 tháng 4 năm 2004, chuyển thị xã Thái Bình thành thành phố Thái Bình. Tỉnh Thái Bình có 1 thành phố và 7 huyện như hiện nay.
Vào ngày 30 tháng 7 năm 2007, thị xã Hưng Yên đã chính thức trở thành đô thị loại III theo Quyết định số 1012/QĐ-BXD ngày 17 tháng 7 năm 2007 của Bộ Xây dựng.
Ngày 19 tháng 1 năm 2009, chuyển thị xã Hưng Yên thành thành phố Hưng Yên.[17]
Ngày 6 tháng 8 năm 2013, điều chỉnh địa giới hành chính huyện Kim Động và Tiên Lữ để mở rộng thị xã Hưng Yên.
Ngày 12 tháng 12 năm 2013, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định 2418/QĐ-TTg công nhận thành phố Thái Bình là đô thị loại II.
Ngày 1 tháng 5 năm 2019, chuyển huyện Mỹ Hào thành thị xã Mỹ Hào.[18]
Ngày 12 tháng 6 năm 2025, Quốc hội ban hành Nghị quyết số 202/2025/QH15[1] về việc sắp xếp đơn vị hành chính cấp tỉnh (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 12 tháng 6 năm 2025). Theo đó, sáp nhập tỉnh Thái Bình vào tỉnh Hưng Yên, trung tâm hành chính đặt tại tỉnh Hưng Yên hiện nay.