Trên địa bàn huyện có nhiều cửa biển lớn và nhỏ thông ra Biển Tây, trong đó lớn nhất là cửa Sông Ông Đốc.
Huyện Trần Văn Thời là một trong những đơn vị dẫn đầu trong toàn tỉnh Cà Mau về khai thác thủy sản, phát triển nông nghiệp và nuôi cá đồng.
Huyện có trên 22 km bờ biển, có điều kiện phát triển nghề khai thác thủy sản trên biển. Trong đó, cửa biển sông Ông Đốc rộng, sâu, ít gió bão, thuận tiện cho tàu thuyền neo đậu, trú bão và thực hiện các dịch vụ hậu cần nghề cá.
Ngày 5 tháng 5 năm 1950, Ủy ban Kháng chiến – Hành chính Nam Bộ ban hành Quyết định[1] về việc thành lập huyện Trần Văn Thời trên cơ sở 12 xã: Khánh An, Nguyễn Phích, Khánh Lâm, Trần Hợi, Khánh Bình, Khánh Hưng, Phong Lạc, An Bình, Hưng Mỹ, Phú Hưng, Phú Mỹ, Tân Hưng Mỹ.[6][7]
Thời Việt Nam Cộng hòa, địa bàn này vốn là quận Sông Ông Đốc thuộc tỉnh An Xuyên sau năm 1956, gồm 3 xã: Khánh Bình Đông, Khánh Bình Tây và Phong Lạc. Sau ngày 30 tháng 4 năm 1975, quận Sông Ông Đốc bị giải thể.
Năm 1951, Chính quyền Việt Minh thành lập huyện Trần Văn Thời thuộc tỉnh Bạc Liêu, bao gồm 5 xã: Khánh Bình Đông, Khánh Bình Tây, Trần Hợi, Hưng Mỹ, Khánh An, Khánh Lâm.
Sau năm 1956, Chính quyền Cách mạng đặt huyện Trần Văn Thời thuộc tỉnh Cà Mau cho đến đầu năm 1976. Địa bàn huyện Trần Văn Thời lúc bấy giờ tương ứng với quận Sông Ông Đốc thuộc tỉnh An Xuyên của chính quyền Việt Nam Cộng hòa.
Năm 1976, huyện Trần Văn Thời thuộc tỉnh Minh Hải, ban đầu viết là Trần Thời, bao gồm thị trấn Sông Ông Đốc (từ ngày 14 tháng 2 năm 1984 về sau gọi là thị trấn Sông Đốc) và 5 xã: Khánh Hưng A, Khánh Hưng B, Trần Hợi, Phong Lạc, Khánh Bình.
Ngày 11 tháng 7 năm 1977, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định 181-CP[8] về việc sáp nhập xã Lý Văn Lâm và xã Lương Thế Trân thuộc huyện Châu Thành mới giải thể vào huyện Trần Văn Thời.
Ngày 29 tháng 12 năm 1978, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định số 326-CP.[9] Theo đó, huyện Trần Thời có 26 xã, 1 thị trấn Sông Ông Đốc (tuy nhiên trong văn bản không ghi rõ tên các xã, thực tế chỉ có 5 xã: Khánh Hưng, Khánh Hưng B, Trần Hợi, Phong Lạc, Khánh Bình).
Ngày 25 tháng 7 năm 1979, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định số 275-CP[10] về việc:
Chia xã Khánh Hưng A thành 5 xã: Khánh Dân, Khánh Hải, Khánh Hiệp, Khánh Hòa và Khánh Hưng.
Chia xã Khánh Hưng B thành xã Khánh Tân và xã Khánh Hưng B.
Chia xã Trần Hội thành 4 xã: Khánh Lộc, Khánh Dũng, Khánh Xuân, Trần Hội và thị trấn Trần Thời.
Chia xã Phong Lạc thành 3 xã: Phong Phú, Phong Điền và Phong Lạc.
Chia xã Khánh Bình thành 4 xã: Khánh Bình, Khánh Trung, Khánh Đông và Khánh Tây.
Thành lập xã Lợi An trên cơ sở vùng Sông Ông Đốc.
Phân vạch địa giới của thị trấn Sông Ông Đốc.
Ngày 17 tháng 12 năm 1984, Hội đồng Chính phủ ban hành Quyết định số 168-HĐBT[11] về việc:
Đổi tên huyện Trần Thời thành huyện Trần Văn Thời.
Đổi tên thị trấn Trần Thời thành thị trấn Trần Văn Thời.
Đổi tên thị trấn Sông Ông Đốc thành thị trấn Sông Đốc.
Ngày 14 tháng 2 năm 1987 của Hội đồng Bộ trưởng ban hành Quyết định số 33B-HĐBT[12] về việc:
Giải thể xã Phong Phú để sáp nhập vào xã Phong Lạc và xã Lợi An.
Sáp nhập xã Khánh Dũng vào xã Khánh Hưng.
Sáp nhập xã Trần Hợi vào xã Khánh Xuân.
Giải thể xã Khánh Trung để sáp nhập vào xã Khánh Bình và xã Khánh Đông.
Sáp nhập xã Khánh Hiệp vào xã Khánh Dân.
Ngày 2 tháng 2 năm 1991, Ban Tổ chức Chính phủ ban hành Quyết định số 51/QĐ-TCCP[13] về việc:
Thành lập xã Khánh Bình Đông trên cơ sở xã Khánh Đông và xã Khánh Tây.
Đổi tên xã Khánh Xuân thành xã Trần Hợi.
Sáp nhập xã Khánh Dân vào xã Khánh Hưng.
Thành lập xã Khánh Bình Tây trên cơ sở xã Khánh Hưng B và xã Khánh Tân.
Sáp nhập xã Khánh Hòa vào xã Khánh Hải.
Sáp nhập một phần diện tích và dân số của xã Phong Lạc vào xã Lợi An.
Sáp nhập một phần diện tích và dân số của thị trấn Sông Đốc vào xã Phong Lạc.
Huyện Trần Văn Thời lúc này gồm có 2 thị trấn: Trần Văn Thời (huyện lỵ), Sông Đốc và 8 xã: Khánh Bình, Khánh Bình Đông, Khánh Bình Tây, Khánh Hải, Khánh Hưng, Lợi An, Phong Lạc, Trần Hợi.
Ngày 6 tháng 11 năm 1996, Quốc hội ban hành Nghị quyết[14] về việc chia tỉnh Minh Hải thành hai tỉnh là tỉnh Bạc Liêu và tỉnh Cà Mau. Khi đó, huyện Trần Văn Thời thuộc tỉnh Cà Mau.
Ngày 25 tháng 6 năm 1999, Chính phủ ban hành Nghị định số 42/1999/NĐ-CP[15] về việc thành lập xã Khánh Bình Tây Bắc trên cơ sở có 9.864 ha diện tích tự nhiên và 17.212 người của xã Khánh Bình Tây.
Ngày 5 tháng 9 năm 2005, Chính phủ ban hành Nghị định số 113/2005/NĐ-CP[16] về việc:
Thành lập xã Phong Điền trên cơ sở 5.578,88 ha diện tích tự nhiên và 13.208 người của xã Phong Lạc.
Thành lập xã Khánh Lộc trên cơ sở 2.478 ha diện tích tự nhiên và 8.215 người của xã Trần Hợi.
Huyện Trần Văn Thời có 2 thị trấn và 11 xã như hiện nay.
Ngày 20 tháng 12 năm 2012, Bộ Xây dựng ban hành Quyết định số 1151/QĐ-BXD[17] về việc công nhận thị trấn Sông Đốc là đô thị loại IV.
Huyện Trần Văn Thời có diện tích 702,72 km², dân số năm 2019 là 197.679 người,[18] mật độ dân số đạt 281 người/km².
Huyện Trần Văn Thời có diện tích 703,47 km²,[2] dân số tính đến ngày 31/12/2022 là 239.449 người (dân số đã quy đổi),[3] mật độ dân số đạt 340 người/km².
^Quyết định số 51/QĐ-TCCP về việc điều chỉnh địa giới phường, xã thuộc thị xã Bạc Liêu và các huyện Cái Nước, Đầm Dơi, Thới Bình, Trần Văn Thời, U Minh, tỉnh Minh Hải.