La ocupación del territorio de Cantavieja se muy antigua, la presencia de yacimientos arqueológicos nos lo demuestra. Destacan yacimientos como la Cueva de los Toros con ocupación en el paleolítico y eneolítico y El Castellar de época ibérica. Los grabados rupestres se dan el Cerradico de Casa Granja y La Masía del Tosco. Pero la importancia que ha tenido en el pasado Cantavieja se origina en el proceso de reconquista y repoblación de esta zona en los siglos XII y XIII.
Tras la conquista de estas zonas a los musulmanes, Cantavieja va a ser la cabeza de la Encomienda de la Orden del Temple y más tarde hospitalaria, además de ejercer como cabeza de las bailías hospitalarias de Aliaga y Castellote.
El 29 de noviembre de 1212 Pedro II de Aragón entregó Cantavieja a la Orden del Temple y en abril de 1225 el maestre del Temple otorgó Carta de Población a los habitantes de Cantavieja.
El 10 de junio de 1317 la orden de San Juan de Jerusalén tomó posesión de la bailía de Cantavieja, que había sido del Temple, y comprendía los lugares de Cantavieja, La Cañada, La Cuba, La Iglesuela, Mirambel, Tronchón y Villarluengo.
Cantavieja a va seguir dependiendo de la orden del Hospital hasta el siglo XIX, en el que con las desamortizaciones se van a crear los ayuntamientos. Este siglo será conflictivo por las guerras Carlistas, en las que Cantavieja va a ser centro neurálgico de los territorios controlados por Ramón Cabrera, apodado el Tigre del Maestrazgo.
En cuanto a administración, ha formado parte, de forma sucesiva, a la encomienda templaria y luego hospitalaria de Cantavieja, a la sobrecullida de Teruel (1446-1495), a la vereda de Teruel (1646) y al corregimiento de Alcañiz (1711-1833). Se constituye como Ayuntamiento en 1834 y forma parte del partido judicial de Castellote, para incorporarse en 1965 al partido judicial de Alcañiz.