Ngày trước, tỉnh Ninh Thuận là một phần lãnh thổ của vương quốc Chiêm Thành xưa. Năm 1653, vua Chiêm là Bà Tấm (Nrapo) đem quân đánh Phú Yên, bấy giờ đã thuộc về Đại Việt. Chúa trấn giữ Đàng Trong là Nguyễn Phúc Tần (1620 - 1687) đem quân đánh trả, chiếm luôn đất Phan Lang (sau này là Phan Rang) của Chiêm Thành, lấy ranh giới là từ sông Phan Lang trở về phía Bắc đến núi Thạch Bi (nay thuộc Phú Yên) đặt làm doanh Thái Khang, còn từ Phan Rang trở về phía nam giáp với Phan Rí vẫn là đất của Chiêm Thành.

Năm 1692, vua Chiêm là Bà Tranh (Po Saot) đem quân quấy nhiễu doanh Thái Khang, chúa Nguyễn Phúc Chu (1675 - 1725) đem quân đi đánh và bắt được Bà Tranh (năm 1693) đưa về giam ở Huế. Chúa Nguyễn Phúc Chu cho sáp nhập đất Chiêm Thành vào nước ta và đặt tên là trấn Thuận Thành. Đến năm 1832, trấn Thuận Thành đổi thành tỉnh Bình Thuận, gồm hai phủ Ninh Thuận và Hàm Thuận. Năm 1888, phủ Ninh Thuận sáp nhập vào Khánh Hoà.

Sau 30.4.1975, Ninh Thuận được sáp nhập với Bình Thuận, Tuyên Đức, Lâm Đồng thành tỉnh Thuận Lâm. Tháng 2.1976, ba tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và Bình Tuy hợp nhất thành tỉnh Thuận Hải.

Ngày 26.12.1991, Quốc hội Việt Nam ra Nghị quyết về việc phân vạch lại địa giới hành chính một số tỉnh. Theo đó, chia tỉnh Thuận Hải thành 2 tỉnh, lấy tên là tỉnh Ninh Thuận và tỉnh Bình Thuận (tháng 4/1992). Tỉnh Ninh Thuận có 4 đơn vị hành chính gồm: thị xã Phan Rang - Tháp Chàm (tỉnh lỵ) và 3 huyện: Ninh Sơn, Ninh Hải, Ninh Phước.

Từ năm 2000 đến năm 2009, Chính phủ Việt Nam đã ban hành các Nghị định về việc thành lập huyện Bác Ái, Thuận Bắc và Thuận Nam. Đến nay, tỉnh Ninh Thuận có 7 đơn vị hành chính trực thuộc gồm: thành phố Phan Rang - Tháp Chàm và 6 huyện là: Ninh Phước, Ninh Sơn, Ninh Hải, Thuận Bắc, Bác Ái, Thuận Nam.