Theo sử sách ghi lại, làng Thạnh Mỹ được thành lập vào năm Minh Mạng thứ 16 (năm 1836), ngôi đình Thạnh Mỹ cũng được xây dựng trong khoảng thời gian này tại dốc Bà Kỳ thuộc tổng Phước Hưng Hạ, huyện Phước An, tỉnh Biên Hòa. Đình Thạnh Mỹ do 2 vị tiền bối là ông Bùi Văn Hùng và Bùi Văn Ẩn cùng dân làng quyên góp công sức, tiền của xây dựng.

Năm 1912, do nhu cầu mở rộng lộ giới, đình Thạnh Mỹ được di dời về địa điểm tại ấp Thanh Long, xã Phước Thạnh, huyện Đất Đỏ ngày nay. Đình Thạnh Mỹ hiện nằm trên một vùng đất rộng, bằng phẳng có diện tích khuôn viên hơn 2.000m2, xung quanh rợp bóng mát của nhiều loại cây cổ thụ. Lúc mới di dời, mặt tiền của đình quay về hướng Nam, nhưng do trong vùng liên tiếp xảy ra thiên tai, ôn dịch làm cho dân làng Thạnh Mỹ lâm vào cảnh khốn đốn. Vì vậy, 2 năm sau đó, các vị kỳ lão trong làng cùng Ban tế tự họp lại và quyết định xây đổi mặt tiền của đình về hướng Bắc. Từ ngày đổi hướng đình, dân làng Thạnh Mỹ được bình yên, cuộc sống ấm no, hạnh phúc. Sau này, nhân dân trong vùng cùng nhau xây dựng ngôi chùa nằm kế bên đình làng Thạnh Mỹ. Ngôi chùa được xây dựng đến nay cũng hơn 50 năm.

Đình Thạnh Mỹ rộng hơn 450m2, được xây dựng theo kiến trúc đậm nét văn hóa đình chùa Việt Nam với cổng tam quan, nhà võ ca, nhà lễ, chánh điện, nhà khách, nhà bếp. Trong đình thờ Thần Hoàng Bổn Cảnh và phối thờ ông Hồ Quý Thống - một vị tướng tài ba có công dẹp giặc Chiêm Thành, được vua Tự Đức sắc phong “Thoại Thần Hào”. Trong đình còn thờ Thổ Võ Linh Thần, Tiên Sư; các bài vị thờ những bậc tiền nhân có cống hiến cho đình. Trong khuôn viên đình Thạnh Mỹ, còn có miếu Ông (thờ ông Hồ Quý Thống), miếu Bà (thờ Bà Ngũ Hành), chùa Thạnh Mỹ (thờ Phật Thích Ca, Di Đà, Quan Âm, Đại Thế Chí, Di Lặc, Địa Tạng…). 

Ngoài ra, tại nhà đãi khách của đình Thạnh Mỹ còn có bàn thờ ông Từ Ngân. Tương truyền, ông là người giỏi võ nghệ, nhiều lần đánh nhau với một con cọp dữ hay về làng Thạnh Mỹ bắt heo, bò của người dân. Trong nhiều trận đấu, cọp dữ phải bỏ chạy vào rừng. Ông Từ Ngân mất lúc 70 tuổi và được an táng trong khuôn viên của đình.

Đình Thạnh Mỹ là một công trình văn hóa mang đậm nét dân gian truyền thống biểu hiện qua những lễ hội thường niên. Mỗi năm, đình và chùa Thạnh Mỹ đều tổ chức nhiều lễ hội tính theo Âm lịch như: ngày 17 tháng 3 cúng vía Thần Hoàng, ngày 16 tháng 8 cúng vía bà Ngũ Hành. Lễ cúng được tổ chức hoành tráng nhất tại đình - chùa Thạnh Mỹ là đại lễ Vu Lan báo hiếu vào rằm tháng 7 để tưởng nhớ công ơn các bậc sinh thành, cầu mong gia đạo bình yên, hòa thuận, con cháu thảo hiền. 

Trong 2 cuộc kháng chiến gian khổ, hào hùng do Đảng lãnh đạo trên vùng Đất Đỏ giàu truyền thống cách mạng - quê hương nữ Anh hùng Lực lượng vũ trang Võ Thị Sáu, đình Thạnh Mỹ còn là nơi nuôi giấu cán bộ, căn cứ hậu phương của quân và dân ta. Nơi đây còn lưu lại chiến tích oai hùng, vang dội về trận đánh năm 1965 của Tiểu đoàn 445 phối hợp với du kích xã Phước Thạnh và bộ đội huyện Đất Đỏ, tiêu diệt một đơn vị biệt kích địch mặc đồ rằn ri như da beo nên gọi là trận đánh “da beo”. 

Trải qua năm tháng chiến tranh, đình - chùa Thạnh Mỹ nhiều lần bị bom đạn tàn phá, hư hại phải phục dựng nhiều lần, nhưng vẫn luôn giữ được nét kiến trúc văn hóa tâm linh của người Việt. Các tác phẩm điêu khắc đầy tính nghệ thuật bài trí tại đình chạm trổ sắc sảo, sinh động các đề tài truyền thống đậm nét đặc trưng của đình làng Nam Bộ, là một trong những công trình kiến trúc nghệ thuật tiêu biểu của Bà rịa - Vũng Tàu. Năm 2007, đình - chùa Thạnh Mỹ được Ủy ban nhân dân tỉnh công nhận là Di tích lịch sử cấp tỉnh.