La presencia humana en Segorbe está corroborada desde tiempo prehistóricos ya que los restos más antiguos hallados en el cerro de Sopeña sitúan un asentamiento humano en torno al año 1550 adC. Ello es debido a que la localidad se sitúa en un punto estratégico, un cerro desde el que se domina el camino natural entre la costa mediterránea y Aragón.
Debido a la presencia humana desde tiempos tan remotos y la coincidencia del nombre ha sido identificada con la ciudad íbera de Segóbriga nombrada por varios autores clásicos como Estrabón, Plinio o Ptolomeo.
Tras ser parte de la Hispania romana, y visigoda el primer periodo de esplendor de la ciudad llegó con la dominación musulmana.
Tras aumentar su importancia estratégica llego a ser la residencia de Zayd Abu Zayd, último rey musulmán de la Taifa de Valencia, que tras capitular ante el rey aragonés Jaime I el 9 de octubre de 1238 escapó de la ciudad del Turia para retirarse en la localidad del Palancia hasta 1245 en que fue definitivamente ocupada por los cristianos.
Inmediatamente fue nombrada sede episcopal al trasladarse a ella la que hasta entonces había estado en la villa turolense de Albarracín. Ello le granjeó la enemistad del obispado de Valencia, debiendo la Santa Sede dirimir la cuestión al acordar la fusión de las sedes de Albarracín y Segorbe en 1259.
Desde la reconquista la importancia de Segorbe fue creciendo hasta llegar a ser residencia del rey Martín I de Aragón durante el siglo XIV debido al matrimonio de éste con la segorbina María de Luna.
En 1435 pasó de formar parte del patrimonio real a las manos del infante Enrique tras la creación del Señorío de Segorbe por parte de Alfonso V de Aragón el Magnánimo para compensar al infante de las pérdidas que había sufrido en el Reino de Castilla. En 1459, Juan II de Aragón le otorgó el título de ciudad ducal, siendo su primer duque de Segorbe el infante Enrique de Aragón también llamado "Infante Fortuna" lo que causó una insurrección popular.
En el siglo XVII este título abandonó la propiedad aragonesa para pasar a manos de los duques de Medinaceli.
En el siglo XVIII durante la ilustración la ciudad vivió un gran auge cultural y económico que se extendió hasta el siglo XIX en el que llegó a disputar la capitalidad de la provincia con Castellón de la Plana.
Durante la Guerra de la Independencia Española fue ocupada por el mariscal Suchet.
Además tanto las guerras carlistas como la Guerra Civil española causaron graves daños en su patrimonio cultural.
Desde el siglo XIX se inició un periodo de decadencia en el que su población se mantuvo estable ente los siete mil y los ocho mil habitantes hasta principios del siglo XXI en que fue perdiendo importancia relativa debido al auge de Castellón de la Plana y del área urbana que se ha formado en la costa de la provincia.
Sin embargo el inicio del siglo XXI ha visto un importante crecimiento demográfico y la transformación de la localidad en uno de los principales destinos de turismo de interior de toda la Comunidad Valenciana.
