Xã Phú Xuyên được thành lập theo Nghị quyết số 1683/NQ-UBTVQH15 ngày 16/6/2025 của Ủy ban Thường vụ Quốc hội khóa XV về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã của tỉnh Thái Nguyên năm 2025, trên cơ sở sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của 02 xã: Phú Xuyên và Yên Lãng.
    Xã Phú Xuyên có tổng diện tích tự nhiên 64,58 km², tổng số hộ là 5.657 hộ, số nhân khẩu là 22.850 người sinh hoạt tại 45 xóm, mật độ dân số 355,4 người/km². Toàn xã có 19 dân tộc anh, em cùng chung sống, trong đó dân tộc thiểu số chiếm 41,16%, có 03 cơ sở Tôn giáo và 03 cơ sở Tín ngưỡng; Đảng bộ xã hiện có 62 chi, Đảng bộ trực thuộc với 999 đảng viên. Các tổ chức trong hệ thống chính trị được kiện toàn, hoạt động ổn định, đảm bảo vai trò lãnh đạo toàn diện ở cơ sở.
Về vị trí địa lý: Phú Xuyên nằm ở phía Tây nam của tỉnh Thái Nguyên. Phía đông giáp xã Phú Thịnh; Phía tây giáp tỉnh Tuyên Quang; Phía nam giáp xã La Bằng; Phía bắc giáp xã Đức Lương và xã Phú Thịnh. Trên địa bàn có nhiều tuyến giao thông chạy qua như tuyến quốc lộ 37, đường tỉnh lộ 264,  đường sắt Quan Triều - Núi Hồng thuận lợi cho giao thương, phát triển kinh tế - xã hội.
    Xã có địa hình đa dạng, gồm vùng đồi núi và đất bằng, thích hợp phát triển cây chè, cây ăn quả và chăn nuôi. Khí hậu ôn hòa, đất đai màu mỡ, thuận lợi cho nông nghiệp công nghệ cao. Xã có diện tích chè là 571,9 ha (trong đó diện tích chè kinh doanh: 545,2 ha) với 05 làng nghề chè truyền thống và 02 hợp tác xã chè, năm 2025 sản lượng chè búp tươi đạt 7.208 tấn, tổng sản lượng lương thực có hạt đạt 8.165,15 tấn. Ngoài ra xã có nhiều tài nguyên rừng và núi đá vôi, quặng thiếc và than, có điều kiện để khai thác các mỏ khoáng sản, than, tạo việc làm cho người lao động trên địa bàn xã.
    Phong trào văn hóa, văn nghệ, thể dục thể thao phát triển mạnh mẽ. Trên địa bàn xã có 24 Câu lạc bộ văn hóa, nghệ thuật, hoạt động rộng khắp toàn xã; Thực hiện tốt kế hoạch xây dựng và duy trì 09 trường học đạt chuẩn quốc gia trong đó 4/9 trường đạt chuẩn mức độ 2, 5/9 trường đạt chuẩn mức độ 1; 2/2 Trạm y tế đạt chuẩn quốc gia về y tế.

    Trên địa bàn xã có 03 di tích lịch sử cấp quốc gia (Địa điểm tổ chức Đại hội lần thứ nhất của Tổng Liên đoàn lao động Việt Nam, Đoàn thanh niên cứu quốc và Liên hiệp Phụ nữ Việt Nam (1950); Địa điểm thành lập Đội Thanh niên xung phong công tác Trung ương (15/7/1950); Địa điểm thành lập cơ quan chỉ huy Chiến khu Nguyễn Huệ) và 02 di tích lịch sử cấp tỉnh (Thắng cảnh Thác Ba Dội, Di tích lịch sử ngành Giao thông đường bộ và vận tải ô tô Việt Nam).