Secondo la tradizione avrebbe tratto l'origine del suo nome dal latino "castra", cioè accampamenti, che, si tramanda, sarebbero stati posti qui da Annibale in marcia verso Roma. Dopo la caduta dell'Impero Romano Montecastrilli divenne prima presidio dei Longobardi, fondatori del Ducato di Spoleto, e poi dei Bizantini, che unirono la città al sistema di difesa che proteggeva le comunicazioni tra Roma e Ravenna.
Nell'Alto Medioevo entrò a far parte delle antiche Terre Arnolfe che comprendevano Narni, Terni, Spoleto e Todi. L'unità feudale della famiglia degli Arnolfi si ruppe definitivamente nel 1093 e Montecastrilli passò nei domini della Chiesa.
Solo nel 1810 Montecastrilli divenne Comune indipendente, ma dopo la caduta di Napoleone (1814), ritornò nei domini dello Stato Pontificio fino alla nascita del Regno d'Italia (1860).

Nel borgo è visibile la struttura delle mura cittadine incorniciate da una serie di torri merlate, nelle quali si aprono Porta Amerina e Porta Medioevale.
Da visitare la Chiesa Parrocchiale di San Nicolò, che conserva un Crocifisso ligneo del XV secolo, una Madonna del XVI secolo, una tela di Bartolomeo Poliziano raffigurante Sant' Antonio e Santa Lucia (1629) e una Madonna del Rosario (1606) eseguita da Ricci da Urbino, e la Chiesa di Santa Chiara (XVII secolo), annessa al monastero delle Clarisse, che conserva una grande tela settecentesca raffigurante l'Assunta.

Nei dintorni meritano una visita la Chiesa San Lorenzo in Nifili, notevole esempio dello stile romanico-umbro. A Quadrelli, così chiamata per quattro torri di piccole dimensioni che caratterizzavano il castello, troviamo la Chiesa di San Maria Assunta, sempre romanica, e la Chiesa della Confraternita del Santo Rosario (XVII secolo), con un tetto a capriate costruito con pianelle in terracotta decorate con lo stemma del cardinale Nicola Canali.
A Castel dell'Aquila da visitare il Museo della Civiltà contadina con l'esposizione permanente di attrezzi e strumenti agricoli, a Casteltodino la Chiesa di San Bartolomeo (secolo XI-XII), riaperta al culto dopo una radicale opera di restauro.