В рамках административно-территориального устройства расположен в границах двух административно-территориальных единиц: город Гай (с административно подчинённым посёлком Калиновка) и Гайский район.
9 марта 2005 года в соответствии с Законом Оренбургской области № 1922/359-III-ОЗ[6] муниципальное образование город Гай наделено статусом городского округа, а Гайский район наделён статусом муниципального района.
С 1 января 2006 до 1 января 2016 года в муниципальном районе выделялось 8 муниципальных образований со статусом сельских поселений (соответствовали сельсоветам)[7].
1 января 2016 года в соответствии с Законом Оренбургской области от 15 декабря 2014 года № 2825/782-V-ОЗ муниципальные образования Гайский район и все сельские поселения преобразованы путём объединения с городским округом город Гай в муниципальное образование Гайский городской округ[8][9].
В состав городского округа входят 35 населённых пунктов, в том числе 1 город и 34 сельских населённых пункта[8]: