Anticamente conosciuto con il nome di Bagnorea. Il toponimo deriva probabilmente da Balneum Regis, in riferimento alla presenza di acque termali dalle particolari proprietà terapeutiche.

Il nome si tramanda almeno dall’epoca longobarda: è ignoto però quello etrusco, per la molto probabile damnatio memoriae che i Romani operarono a più riprese sui potenti vicini. Secondo una leggenda, infatti, il re Desiderio (morto nel 774) sarebbe stato guarito da una grave malattia, grazie proprio alle acque termali che scaturivano nei pressi della località.

Alcuni reperti di epoca preistorica lasciano il posto a più numerose testimonianze etrusche , nell’area di Civita. Bagnoregio ricadeva infatti nel dominio dell’antica Volsinii (Orvieto).

Conquistata dai Romani nel 265 a.C., a cui segue la distruzione della stessa Volsinium nel 264 a.C., vede accrescere la propria importanza per la deportazione degli abitanti della città dominante verso un nuovo centro abitato, Bolsena, rispetto a cui Bagnoregio era posto a metà strada con il Tevere, allora navigabile, e la via Flaminia.

Con il crollo dell’Impero romano Bagnoregio fu dominata da Visigoti, Goti, Bizantini, Longobardi (606) e Franchi: questi ultimi la consegnarono al potere temporale dei Papi. Fu poi infeudata ai conti Monaldeschi della Cervara, che si rivelarono inadatti e costrinsero la città alla rivolta, il cui successo ebbe come conseguenza l’instaurarsi del Libero Comune (circa 1160).

Bagnoregio conosce la predicazione francescana nel Duecento, e dà all’Ordine quello che verrà poi riconosciuto come il suo secondo fondatore, e uno dei Dottori della Chiesa: San Bonaventura.

I Monaldeschi tentano di ridurre nuovamente Bagnoregio a feudo con la costruzione, iniziata nel 1318, del Castello della Cervara, distrutto però nel 1457 dalla popolazione in rivolta. Dopo un fallito e analogo tentativo dei conti Baglioni di Castel di Piero, e che forse non è estraneo alla seicentesca fondazione di Castel Cellesi su terreni a loro comprati dai conti Cellesi tramite l’intervento diretto di diversi papi, Bagnoregio preferisce un governatore pontificio anche se deve rinunciare ad alcune delle proprie libertà civili. La città rimane così direttamente dipendente dallo Stato Pontificio, che in essa ha memoria di San Bonaventura attraverso la costruzione di diversi e notevoli edifici religiosi, fino al 1870. Il 10 giugno 1695 un terremoto colpisce Civita, che fino ad allora era la Bagnorea propriamente detta, separandola, con la formazione di uno spettacolare dirupo dalle altre due contrade di Mercato, oggi Mercatello, allora sede comunale e Rota: quest’ultima conoscerà una forte immigrazione civitonica divenendo la nuova Bagnorea, ossia l’attuale Bagnoregio. Ulteriori cedimenti del suolo – catastrofici o anche solo morfologicamente importanti – costringono il genio civile a opere di rinforzamento di Bagnoregio (ad esempio il camminamento del lato vetriolese, parallelo al corso principale) e soprattutto alla costruzione di un nuovo ponte verso Civita, nella prima metà degli anni sessanta del Novecento. Parte del territorio comunale è stata collegata, più di cento anni fa, a scelte del legislatore volte a tutelare le popolazioni a rischio, in seguito al terremoto di Messina e Reggio Calabria di inizio Novecento.