Thời chúa Nguyễn Phúc Tần (1653), huyện Vạn Ninh có tên gọi là huyện Quảng Phước thuộc dinh Thái Khang. Năm 1910, dưới thời vua Duy Tân, huyện Quảng Phước được giao cho phủ Ninh Hòa kiêm lý và chia thành 6 tổng: Phước Hà Nội, Phước Hà Ngoại, Phước Khiêm, Phước Thiện, Phước Tường Nội, Phước Tường Ngoại (Lịch sử Đảng bộ huyện Vạn Ninh). Vạn Thạnh thời nhà Nguyễn thuộc huyện Quảng Phước, với những làng được hình thành lâu đời như Đầm Môn, Khải Lương, Vĩnh Yên, Bãi Tre (Ninh Đảo).
Năm 1931, thực dân Pháp cắt 3 tổng của phủ Ninh Hòa là Phước Khiêm, Phước Hà Nội, Phước Hà Ngoại nhập vào huyện Tân Định lấy tên là phủ Ninh Hòa (Thị xã Ninh Hòa ngày nay). Phần đất còn lại thành lập huyện Vạn Ninh. Huyện có 3 tổng là tổng Phước Tường Ngoại, tổng Phước Tường Nội và tổng Phước Thiện, với 59 làng. Thời gian này, các làng Vĩnh Yên, Đầm Môn, Khải Lương, Ninh Đảo (các thôn của xã Vạn Thạnh ngày nay) thuộc tổng Phước Tường Ngoại.
Cách mạng tháng Tám năm 1945 thành công, đầu năm 1946, Quốc hội đầu tiên của nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa (nay là Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam) quy định lấy xã làm đơn vị hành chính cấp thứ tư, bỏ cấp tổng. Trên cơ sở đó, huyện Vạn Ninh được lập thành 8 xã mới gồm có: tổng Phước Tường Ngoại chia làm 2 xã: Liên Hiệp, Liên Hưng (các làng của xã Vạn Thạnh thuộc xã Liên Hưng), tổng Phước Tường Nội chia làm 3 xã: Đồng Hòa, Đồng Tiến, Đồng Xuân (Tam Đồng); tổng Phước Thiện chia làm 3 xã: Phước Đông, Phước Trung, Phước Tây (Tam Phước). Năm 1948, 2 xã Liên Hiệp và Liên Hưng lại được hợp nhất thành xã Liên Hiệp Hưng.
Năm 1951, tỉnh lại chủ trương sáp nhập các xã trên thành 3 xã lớn: Ninh Hiệp (Liên Hiệp Hưng), Ninh Tường (Đồng Hòa, Đồng Tiến, Đồng Xuân), Ninh Phước (Phước Đông, Phước Trung, Phước Tây). Cũng trong năm 1951, hai huyện Vạn Ninh và Ninh Hòa hợp nhất thành Liên huyện Bắc Khánh.
Năm 1953, tỉnh lại chủ trương chia 3 xã lớn thành 8 xã nhỏ như cũ. Cũng trong năm này, tỉnh chia Liên huyện Bắc Khánh thành 4 vùng: các làng của Vạn Thạnh nằm trong vùng Bắc (gồm 5 xã: Liên Hưng, Liên Hiệp, Đồng Hòa, Đồng Tiến, Đồng Xuân).
Năm 1955, chính quyền Mỹ Diệm tiến hành cải cách hành chính, cắt một phần đất của quận Vạn Ninh (gồm các xã của tổng Phước Thiện) nhập vào quận Ninh Hòa. Bộ máy cấp cơ sở dưới quận là xã, dưới xã là ấp (thôn). Quận Vạn Ninh có 9 xã với 34 ấp. Vạn Thạnh là 1 trong 9 xã của quận Vạn Ninh có 5 ấp là: Tân Mỹ (Vạn Giã), Đầm Môn, Khải Lương, Ninh Đảo và Điệp Sơn. Tên gọi xã Vạn Thạnh ra đời từ đây. Trụ sở của xã Vạn Thạnh lúc này đóng ở thôn Tân Mỹ.
Về phía cách mạng, để chỉ đạo cuộc kháng chiến chống Mỹ, Huyện ủy Vạn Ninh chia địa bàn huyện thành 3 vùng để hoạt động. Vùng quận lỵ Vạn Ninh thuộc sự chỉ đạo của Đội Vũ trang công tác Vạn Phú - Vạn Thạnh.
Sau ngày giải phóng 30/4/1975, đất nước thống nhất, chính quyền cách mạng thực hiện hệ thống hành chính 4 cấp. Ở địa phương gồm tỉnh, huyện, xã. Thời gian này, xã Vạn Thạnh thuộc huyện Vạn Ninh gồm có 5 thôn là Tân Mỹ (Vạn Giã), Đầm Môn, Khải Lương, Ninh Đảo và Điệp Sơn.
Ngày 23/10/1978, Hội đồng Chính phủ ra Quyết định số 268/QĐ-CP thành lập thị trấn Vạn Giã trực thuộc huyện Khánh Ninh (từ tháng 11/1975, huyện Vạn Ninh và huyện Ninh Hòa sáp nhập thành huyện Khánh Ninh) trên cơ sở tách thôn Tân Mỹ thuộc xã Vạn Thạnh và một phần đất của thôn Phú Cang xã Vạn Phú để thành lập thị trấn Vạn Giã. Các thôn còn lại thuộc xã Vạn Thạnh gồm 2 thôn đảo là Ninh Đảo, Điệp Sơn và 2 thôn bán đảo là Đầm Môn, Khải Lương.
Xã Vạn Thạnh mới ra mắt ngày 20/2/1979. Tháng 3/1979, theo Quyết định của Hội đồng chính phủ, phần đất Vĩnh Yên thuộc xã Vạn Long được sáp nhập vào xã Vạn Thạnh. Như vậy, xã có 5 thôn là Đầm Môn, Khải Lương, Vĩnh Yên, Ninh Đảo và Điệp Sơn.
Năm 2003, thôn Ninh Tân được thành lập trên cơ sở tách từ thôn Ninh Đảo và từ thời gian này, xã Vạn Thạnh có 6 thôn với 20 cụm dân cư gồm: 3 thôn bán đảo là Đầm Môn (khu trung tâm xã), Vĩnh Yên và Khải Lương, 3 thôn này chiếm 73,1% dân số toàn xã, 3 thôn ở các đảo là Ninh Đảo (phía Nam đảo Hòn Lớn), Ninh Tân ( phía Bắc đảo Hòn Lớn) và Điệp Sơn (đảo Điệp Sơn).