เดิมทีตำบลถ้ำใหญ่แบ่งเป็นสองส่วน คือส่วนทางทิศเหนือของทางรถไฟเป็นเขตปกครองของตำบลปากแพรก ทางทิศใต้ของทางรถไฟเป็นเขตการปกครองของตำบลหนองเสม็ด เมื่อปี พ.ศ.2484 ได้แบ่งแยกส่วนการปกครองออกอีกหนึ่งตำบล เรียกว่า “ตำบลถ้ำใหญ่” ซึ่งเรียกตามช่องของถ้ำหนึ่งที่มีความสวยงามและกว้างใหญ่มาก เมื่อครั้งสงครามโลกครั้งที่ 2 อำเภอทุ่งสงเป็นเป้าหมายของการโจมตีทางอากาศด้วย ผู้คนในละแวกนั้นได้เข้าไปซ่อนตัวภายในถ้ำ ต่อมาจึงเรียกตำบลนี้ว่า “ตำบลถ้ำใหญ่”
ตำบลถ้ำใหญ่ อำเภอทุ่งสง จังหวัดนครศรีธรรมราช แบ่งเขตการปกครองออกเป็น 7 หมู่บ้าน ในสมัยแรก ต่อมาเห็นว่าบางหมู่บ้านมีครัวเรือนที่ต้องรับผิดชอบมากและเข้าเกณฑ์ที่จะแบ่งหมู่บ้าน จึงมีการแบ่งหมู่บ้าน หมู่ที่ 1 ออกเป็นหมู่ที่ 8 , หมู่ที่ 3 ออกเป็นหมู่ที่ 9 , หมู่ที่ 5 ออกเป็นหมู่ที่ 10 สรุปได้ว่า ปัจจุบันตำบลถ้ำใหญ่ มีการปกครองทั้งหมด 10 หมู่บ้าน กระทรวงมหาดไทย ได้ประกาศยกฐานะสภาตำบลถ้ำใหญ่ เป็นองค์การบริหารส่วนตำบลถ้ำใหญ่ โดยประกาศในราชกิจจานุเบกษา เมื่อวันที่ 2 ธันวาคม 2537 มีผลบังคับใช้เมื่อวันที่ 2 มีนาคม 2538 และองค์การบริหารส่วนตำบลถ้ำใหญ่ ยกฐานะเป็นเทศบาลตำบลถ้ำใหญ่ วันที่ 7 ตุลาคม 2554