Huyện có địa hình trung du miền núi, nhất là ở các xã Nam Cát Tiên, Phú Lâm, Dak Lua, là huyện có địa hình bị chia cắt mạnh mẽ nhất tỉnh Đồng Nai, phía bắc và đông bắc khu vực tiếp giáp với huyện Đạ Huoai, tỉnh Lâm Đồng là vùng cao nguyên thấp với độ cao từ 300–400m, về phía nam và tây nam là vùng đồi thấp hơn từ 100–200m. Là huyện giáp với Tây Nguyên nên phân bố núi rải rác rất nhiều, có nhiều ở phía bắc và thưa dần về phía Nam.[cần dẫn nguồn]
Huyện Tân Phú có một lịch sử lâu đời. Thời Việt Nam Cộng hòa, vùng đất hai huyện Tân Phú và Định Quán ngày nay là địa bàn quận Định Quán, tỉnh Long Khánh. Quận Định Quán khi đó gồm 4 xã: Định Quán, Đồng Hiệp, Phương Thọ, Chánh Hưng; trong đó địa bàn huyện Tân Phú ngày nay thuộc các xã Phương Thọ (gồm các ấp Phương Lâm, Thọ Lâm, Mán 5 sao trắng), Đồng Hiệp (gồm các ấp: Trà Cổ, Phước Lâm, Lộc Lâm), ngoài ra còn có 23 xóm thôn người Thượng rải rác.
Về phía chính quyền cách mạng, tháng 10 năm 1973, Trung ương cục miền Nam lập tỉnh căn cứ Tân Phú gồm 4 huyện: Định Quán, Độc Lập, Tân Uyên, Phú Giáo. Đến tháng 10 năm 1974, chuyển 2 huyện Tân Uyên, Phú Giáo về tỉnh Thủ Dầu Một; tỉnh Tân Phú còn lại 2 huyện Định Quán và Độc Lập.
Sau năm 1975, tỉnh Tân Phú được đổi thành huyện Tân Phú, tỉnh Đồng Nai, gồm 13 xã: Phú Bình, Phú Cường, Phú Điền, Phú Hiệp, Phú Hoa, Phú Hòa, Phú Lâm, Phú Lập, Phú Lộc, Phú Lý, Phú Ngọc, Phú Thanh và Phú Túc.
Ngày 17 tháng 1 năm 1984, chuyển xã Phú Hiệp thành thị trấn Phú Hiệp (từ năm 1985 đổi thành thị trấn Định Quán[2]), thành lập một xã mới lấy tên là xã Suối Nho.[3]
Huyện Tân Phú còn lại thị trấn Định Quán (huyện lị) và 12 xã: Phú Bình, Phú Cường, Phú Điền, Phú Hoa, Phú Hòa, Phú Lâm, Phú Lập, Phú Lộc, Phú Ngọc, Phú Thanh, Phú Túc, Suối Nho.
Năm 1988, thành lập 4 xã: Dak Lua, Nam Cát Tiên, Núi Tượng và Phú An thuộc vùng kinh tế mới.[5]
Cuối năm 1990, huyện Tân Phú bao gồm thị trấn Định Quán và 16 xã: Đắk Lua, Nam Cát Tiên, Núi Tượng, Phú An, Phú Bình, Phú Cường, Phú Điền, Phú Hoa, Phú Hòa, Phú Lâm, Phú Lập, Phú Lộc, Phú Ngọc, Phú Thanh, Phú Túc, Suối Nho.
Ngày 10 tháng 4 năm 1991, tách thị trấn Định Quán và 6 xã: Phú Cường, Phú Hoa, Phú Hòa, Phú Ngọc, Phú Túc, Suối Nho để thành lập huyện Định Quán.[6]
Huyện Tân Phú còn lại 10 xã: Dak Lua, Nam Cát Tiên, Núi Tượng, Phú An, Phú Bình, Phú Điền, Phú Lâm, Phú Lập, Phú Lộc và Phú Thanh.
Ngày 15 tháng 9 năm 1992, chia xã Phú Lộc thành 2 xã: Phú Lộc, Trà Cổ và thị trấn Tân Phú (thị trấn huyện lỵ).[7]
Ngày 29 tháng 8 năm 1994, Chính phủ ban hành Nghị định số 109-CP[8] về việc:
Chia xã Phú Bình thành 3 xã: Phú Bình, Phú Sơn và Phú Trung
Chia xã Phú Lộc thành 2 xã: Phú Lộc và Phú Thịnh
Chia xã Phú Thanh thành 2 xã: Phú Thanh và Phú Xuân
Chia xã Phú Lập thành 2 xã: Phú Lập và Tà Lài
Chia xã Phú Lâm thành 2 xã: Phú Lâm và Thanh Sơn.
Huyện Tân Phú có 1 thị trấn và 17 xã.
Ngày 28 tháng 9 năm 2024, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết số 1194/NQ-UBTVQH15 về việc sắp xếp đơn vị hành chính cấp xã của tỉnh Đồng Nai giai đoạn 2023 – 2025 (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 11 năm 2024).[9] Theo đó:
Sáp nhập xã Phú Trung vào xã Phú Sơn.
Sáp nhập xã Núi Tượng vào xã Nam Cát Tiên và xã Phú Lập.
Huyện Tân Phú có 1 thị trấn và 15 xã như hiện nay.
^Quyết định 190-HĐBT về việc thành lập 4 xã: Dak Lua, Nam Cát Tiên, Núi Tượng, Phú An tại vùng kinh tế mới thuộc huyện Tân Phú, tỉnh Đồng Nai
^Quyết định 107-HĐBT về việc chia các huyện Xuân Lộc và Tân Phú thành 4 huyện lấy tên là huyện Xuân Lộc, huyện Long Khánh, huyện Tân Phú và huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai
^Quyết định 593/QĐ-TCCP về việc điều chỉnh địa giới thành lập xã, thị trấn thuộc các huyện Tân Phú, Xuân Lộc và Long Khánh, tỉnh Đồng Nai
^Nghị định số 109-CP năm 1994 về việc tái lập huyện Vĩnh Cửu; điều chỉnh địa giới một số xã phường thuộc thành phố Biên Hòa và các huyện Long Khánh, Long Thành, Nhơn Trạch, Tân Phú, Thống Nhất, Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai.