Thị xã Duyên Hải được thành lập theo Nghị quyết số 934/NQ-UBTVQH13 ngày 15/5/2015 của Ủy ban Thường vụ Quốc hội về việc điều chỉnh địa giới hành chính huyện Trà Cú, huyện Duyên Hải. Thị xã Duyên Hải về phía Nam của tỉnh Trà Vinh giữa cửa Cung Hầu và Kênh đào Trà Vinh. Phía Đông giáp với Biển Đông, phía Tây và Nam giáp với huyện Duyên Hải, phía Bắc giáp huyện Cầu Ngang. Tổng diện tích đất tự nhiên là 17.506,75 ha. Trong đó diện tích đất nội thị 2.523,34 ha, còn lại là khu vực ngoại thị. Thị xã có 07 đơn vị hành chính cấp xã (02 phường: phường 1, phường 2 và 05 xã: Long Toàn Long Hữu, Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa, Dân Thành). Dân số chung của toàn thị xã là 13.861 hộ, 48.210 nhân khẩu. Mật độ dân cư trung bình 275 người/km2. Phần đông dân cư tập trung ở khu vực nội thị, các giồng cát và ven trục đường giao thông chính. Tỷ lệ gia tăng dân số bình quân hàng năm là 1%, dân cư sống bằng nghề phi nông nghiệp chiếm trên 22.25%.
Do là thị xã đồng bằng ven biển nên địa hình tự nhiên Duyên Hải khá thấp, tương đối bằng phẳng và mang tính chất rất đặc thù với những giồng cát hình cánh cung chạy dài song song với bờ biển. Các giồng cát tập trung chủ yếu ở các xã phía Bắc và phía đông của thị xã như: Long Hữu, Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa và rải rác ven theo bờ biển. Bờ biển Duyên Hải có mỏ cát đen phong phú với hàm lượng titan lớn, đây được xem là nguyên liệu chính phục vụ cho ngành công nghiệp. Ngoài ra, Duyên Hải còn có mỏ nước khoáng nóng ở tại phường 1 và xã Dân Thành được các nhà khoa học đánh giá là giàu khoáng chất và trữ lượng lớn thuận lợi cho ngành công nghiệp và dịch vụ. Song song đó, ở các xã ven biển như Trường Long Hòa, Hiệp Thạnh có một lượng nắng và gió quanh năm đây là tiềm năng rất lớn về phát triển năng lượng sạch.
Hiện tại trên địa bàn thị xã có 03 dự án lớn của Trung ương như Trung tâm Điện lực Duyên Hải, Kênh đào Trà Vinh, Khu kinh tế Định An đang tiếp tục triển khai, một số hạng mục đã hoàn thành, nhất là việc 02 tổ máy của Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 1 hòa lưới và Kênh đào Trà Vinh thông tuyến vào đầu năm 2016 sẽ là điều kiện thuận lợi đưa ngành công nghiệp của thị xã phát triển. Song song đó, với lợi thế  bờ biển dài 35km nên thị xã Duyên Hải tiềm năng, lợi thế để phát triển du lịch và dịch vụ du lịch. Biển Ba Động và Thiền viện trúc lâm, Nhà máy điện gió, Bến tiếp nhận vũ khí Bắc – Nam, Trung tâm Điện lực Duyên Hải, Kênh đào Trà Vinh kết nối liên hoàn với nhau sẽ trở thành những điểm du lịch hấp dẫn đối với các du khách trong và ngoài tỉnh.
Với những tiềm năng lợi thế sẵn có, Đảng bộ và nhân dân thị xã Duyên Hải phấn đấu xây dựng thị xã Duyên Hải trở thành đô thị loại III vào năm 2020.