จากตำนานพื้นบ้านเล่าว่า เคยมีชาวมอญมาตั้งรกรากอยู่ใกล้ ๆ บ้านแสนขัน ได้หนีมาจากขอมที่บุกรุก จากนั้นมาขอมก็ตามมารบกับมอญอีก ชาวมอญจึงมาหลบอยู่ที่บ้านแสนขัน เพราะว่าก่อนหน้านี้เขตบ้านแสนขันจะเป็นป่าทั้งหมด แต่ทั้งขอมและมอญก็อยู่ไม่ได้จึงได้หนีไป ปล่อยให้ที่บริเวณนี้เป็นที่ร้างอีก จากนั้นมาก็มีชาวไทยเดิมจากเวียงจันทน์ (ประเทศลาว) ได้ผ่านมาและเห็นว่าที่ดินบริเวณแห่งนี้มีดินที่อุดมสมบูรณ์ มีแม่น้ำลำธารไหลผ่าน ทำเลดี เหมาะที่จะตั้งรกรากทำมาหากิน จึงกลับไปชวนเพื่อนบ้านมาประมาณ 6-7 ครอบครัวเพื่อมาตั้งรกรากอยู่ที่นั่น โดยขณะนั้นยังไม่มีการเรียกชื่อหมู่บ้าน

หลังจากนั้นชาวหล่มสัก (เพชรบูรณ์) เลย นครไทย (พิษณุโลก) ทราบข่าวว่าที่อุตรดิตถ์จะมีการสร้างพระแท่นศิลาอาสน์ จึงได้เก็บเงินเรี่ยไรจากชาวบ้านได้เงินเป็นจำนวนแสนขัน แล้วจึงได้บรรทุกเงินแสนขันนั้นแบกใส่หลังช้าง ม้า วัว ควายมาตาม ๆ กัน และในขบวนนี้ก็จะมีหัวหน้าอยู่หนึ่งคน เดินทางล่วงหน้าไปก่อนถึงบ้านบ่อทอง และทราบว่าวัดพระแท่นศิลาอาสน์นั้นได้สร้างเสร็จเรียบร้อยแล้ว จึงได้กลับไปบอกพรรคพวกที่บรรทุกทองมาให้นำไปฝังไว้ที่บ้านบ่อทอง ปัจจุบันได้ตั้งชื่อว่า "ทองแสนขัน" แต่ชาวบ้านได้เรียกสั้น ๆ ว่า "บ้านแสนขัน" มาจนถึงปัจจุบันนี้

เดิมท้องที่ที่เป็นอำเภอทองแสนขันรวมอยู่กับอำเภอตรอน ครั้นเมื่อประมาณ พ.ศ. 2517 ทางอำเภอตรอนต้องการที่จะแยกท้องที่ดังกล่าวเพื่อตั้งเป็นกิ่งอำเภอขึ้นอีกแห่งหนึ่ง จึงขอแยกท้องที่ตำบลป่าคายซึ่งเป็นตำบลใหญ่ออกเป็น 2 ตำบล โดยเรียกชื่อตำบลที่แยกออกมาว่า "ตำบลบ่อทอง" เมื่อกระทรวงมหาดไทยได้อนุมัติให้แยกตำบลได้แล้ว ทำให้อำเภอตรอนซึ่งเดิมประกอบด้วยเขตการปกครองตำบล 7 ตำบล มีตำบลบ้านแก่ง ตำบลหาดสองแคว ตำบลน้ำอ่าง ตำบลวังแดง ตำบลน้ำพี้ ตำบลผักขวง และตำบลป่าคาย เพิ่มขึ้นเป็น 8 ตำบล เข้าหลักเกณฑ์ที่จะขอตั้งเป็นกิ่งอำเภอได้

ต่อมาเมื่อ พ.ศ. 2523 จึงได้รายงานขอแยกท้องที่ตำบลผักขวง ตำบลน้ำพี้ ตำบลป่าคาย และตำบลบ่อทอง ออกจากอำเภอตรอนขอตั้งเป็นกิ่งอำเภอ และกระทรวงมหาดไทยได้มีประกาศลงวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2526 ตั้งเป็นกิ่งอำเภอเรียกว่า กิ่งอำเภอทองแสนขัน[1] และต่อมากระทรวงมหาดไทยได้พิจารณาเห็นว่า กิ่งอำเภอทองแสนขันมีท้องที่กว้างขวางมีชุมชนการค้าหนาแน่น มีสภาพเจริญขึ้นกว่าเดิมมากสมควรยกฐานะขึ้นเป็นอำเภอ ดังนั้น เพื่อประโยชน์แก่การปกครองการให้บริการของรัฐบาลและความสะดวกของประชาชนและส่งเสริมท้องที่ให้เจริญยิ่งขึ้นจึงตราพระราชกฤษฎีกาลงวันที่ 21 พฤษภาคม พ.ศ. 2533 จัดตั้ง อำเภอทองแสนขัน ขึ้น โดยให้มีฐานะเป็นอำเภอตั้งแต่วันถัดไป[2]