Thời kỳ khai phá, địa bàn huyện Thống Nhất thuộc huyện Phước Chánh (phủ Phước Long) và Long Khánh (phủ Phước Tuy). Thời kỳ kháng chiến chống Pháp, địa bàn Thống Nhất thuộc quận Châu Thành và Xuân Lộc. Về phía chính quyền cách mạng, địa bàn Thống Nhất trong từng thời kỳ thuộc huyện Vĩnh Cửu, Xuân Lộc, U1, Biên Hòa. Về phía chính quyền Sài Gòn, địa bàn Thống Nhất thuộc quận Đức Tu (tỉnh Biên Hòa), quận Xuân Lộc, quận Kiệm Tân (tỉnh Long Khánh).

Tháng 10 năm 1973, Trung ương Cục miền Nam quyết định thành lập huyện 21, sau đổi thành huyện Thống Nhất. Địa giới của huyện Thống Nhất tương ứng với địa giới của huyện Thống Nhất, Trảng Bom hiện nay.

          Sau năm 1975, tỉnh Đồng Nai được thành lập, huyện Thống Nhất là đơn vị cấp huyện của Đồng Nai. Theo Nghị định số 97/2003/NĐ – CP ngày 21 tháng 8 năm 2003 của Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam, huyện Thống Nhất được thành lập lại trên cơ sở tách từ huyện Thống Nhất có từ năm 1975. Huyện Thống Nhất tách thành hai huyện: Thống Nhất và Trảng Bom.

          Huyện Thống Nhất gồm 08 xã từ huyện cũ và 02 xã cắt từ huyện Long Khánh sáp nhập vào. Tổng diện tích của huyện Thống Nhất là 247,2 km² , chiếm 4,2% diện tích Đồng Nai. Dân số toàn huyện đến năm 2005 là 153.299 người. Địa bàn huyện Thống Nhất có nhiều thành phần dân tộc cộng cư: Kinh, Hoa, Nùng, Chơro, Khơme; trong đó người Kinh chiếm đa số.

          Địa giới huyện Thống Nhất đựơc xác định: phía bắc giáp huyện Định Quán, phía đông giáp thị xã Long Khánh, phía nam giáp huyện Cẩm Mỹ và Long Thành, phía tây giáp huyện Trảng Bom. Huyện có 10 đơn vị hành chánh cấp xã gồm: xã Bàu Hàm 2, Gia Tân 1, Gia Tân 2, Gia Tân 3, Gia Kiệm, Quang Trung, Lộ 25, Hưng Lộc, Xuân Thiện và Xuân Thạnh. Huyện lỵ đặt tại xã Xuân Thạnh. Trong quy hoạch, khu vực ngã ba Dầu Giây gồm xã Bàu Hàm 2, xã Xuân Thạnh sẽ trở thành thị trấn Dầu Giây.

          Huyện Thống Nhất có vị trí chiến lược quan trọng trong phát triển kinh tế, thuận lợi về giao thông. Địa bàn Dầu Giây là cửa ngõ quốc lộ I nối từ thị xã Long Khánh vào Thành phố Hồ Chí Minh, đồng thời là điểm đầu của quốc lộ 20 đi Đà Lạt. Trong quy hoạch phát triển của vùng, địa bàn huyện Thống Nhất có đường cao tốc nối Thành phố Hồ Chí Minh, Vũng Tàu qua Thống Nhất để đến các địa bàn phía Nam và Nam Tây Nguyên.