Afyonkarahisar-Konya karayolu üzerinde, il merkezine 48 km uzaklıkta bulunan ilçemiz, 1958 yılında kurulmuştur. Eber Gölü, Karamık sazlığı arasında Sultan dağlarına yaslanmış yeşillikler içinde şirin bir ilçemizdir.
İlk kuruluşuna ait bilgi ve belgelerine henüz rastlanmayan Çay ilçesinin geçmişi milâttan önceye dayanmaktadır. Eski Tunç Çağına kadar uzanan tarihi içinde Mısır, Suriye, Trakya krallarının birleşik ordusu ile Gelene kralı Antigon arasındaki İpsos meydan savaşına(M.Ö. 301) ev sahipliği yapmasıyla ünlenmiş, doğu-batı, kuzey-güney doğrultulu antik yolların kavşak noktası olmuştur.
Selçuklu Türklerinin Anadolu'yu fethi sırasında Bekçioğlu Emir Afşin, Orta Anadolu'da Amerra(Emirdağ) önlerine kadar gelmiştir. Bölgenin ne şekilde kimler tarafından fethedildiğini bildiren kayıtlar olmamasına rağmen, Emir Ahmet Şah, Emir Sanduk ve Dolathankuvvetleri tarafından fethedildiği sanılmaktadır .
Haçlı savaşları sırasında Haçlı ordularınca tahrip edilen şehre, 1155 yıllarında Selçuklu Devleti tarafından Oğuz Türkleri yerleştirilmiş, adı da "Çay Değirmeni" olarak değiştirilmiştir. Selçuklu Sultanı III. Gıyasettin Keyhüsrev öldükten sonra bölge, önce Eşrefoğullarına ve Sahipataoğullarına, daha sonra ise Germiyanoğullarına geçmiştir. Germiyan Beyi I. Yakup samimi bir Osmanlı dostu olup, beyliğini vasiyet yoluyla II. Murat'a bırakmış ve böylece Osmanlıların eline geçmiştir.
2 Nisan 1921 günü Yunan ordusunca işgal edien Çay ilçemiz, bir gün sonra, 3 Nisan 1921 günü ordumuzca geri alınmıştır. Daha sonra 21 Ağustos 1921 günü Yunan ordusunca ikinci kez işgal edilen ilçemiz, 35 gün sonra şanlı ordumuzca 24 Eylül 1921 günü tekrar kurtarılmıştır.
İç Ege bölgesinde; Ege, Akdeniz ve İç Anadolu bölgelerinin kesiştiği güzergâh üzerinde yer alan Çay ilçesi, bağlı olduğu Afyonkarahisar ilinin doğusunda, Sultandağlarının kuzey eteklerinde kurulmuştur. İdarî sınırlar olarak doğuda Sultandağı, güneyde Yalvaç, batıda Şuhut ve Afyonkarahisar, kuzeyde Bolvadin'le çevrilidir.
Geniş ve düz alanları ile ova görünümünde olan Çay ilçesi, aslında 1010 metrelik rakımı ile İç Anadolu plâtosu karakterini taşır. İlçenin eteklerine yeleşmiş olduğu Sultandağları ilçenin yegâne dağlık alanı olup, bir silsile üzerinde yer alan 2610 m rakımlı Gelincikana Tepesi, 2519 metre rakımlı Toprak Tepe ve 2063 metre rakımlı Kırkkaya Tepe yörenin en yüksek noktalarını oluşturmaktadır. Geniş bir ova görünümünde olan zemini III(Neojen). ve IV. zamanların alüvyon topraklarından oluşmuştur.
Arazisinin %20'sine varan bölümü (yaklaşık olarak 16.243 hektar) göl ve bataklıklarla kaplıdır. Bozan ve Karakuş dağlarından inen sularla beslenen Karamık bataklığı denizden 1000 m yüksekliktedir. İlçenin kuzey doğusundaki Eber Gölü denizden 967 m yükseklikte olup 125 km²'lik bir alanı kaplamaktadır.
İlçe, iklim bakımından İç Anadolu'ya uyum gösteren tipik kara iklimi özelliklerine sahiptir. Yazları sıcak, kışları sert ve soğuktur.
Ege, İç Anadolu ve Akdeniz bölgelerinin kesiştiği noktada kurulan şirin ilçemizin geçmişi oldukça eskiye dayanmakla birlikte tarihî eser sayısı azdır.
Ağaçlandırma çalışmaları, ilçeyi, "Yeşil Çay"denilerek güzelleştirmiştir.Tabiî güzellikleri arasında Eber ve Karamık Gölleri bulunmakta olup, bu göllerde balık avcılığı (sazan, turna) ve çeşitli kuş avcılığı yapılmaktadır. Bunlardan hariç Çağlayan Parkı ve Şelâlesi, Kanlı Yer Kavaklığı çevrede tercih edilen mesire yerleridir. Görülebilecek tarihi eserleri ise Selçuklulardan kalma Taş Camiî ve Kervansaray, önemli tarihî eserleridir. İlçede her yıl Temmuz ayı içerisinde Vişne Festivali yapılmakta, üreticiler ödüllendirilmektedir.