Numerosi reperti rinvenuti nelle immediate vicinanze riferibili al Paleolitico, neolitico e alla civiltà etrusco romano, rendono antichissime le sue origini. Forse gli Etruschi sfruttavano le miniere di cinabro del Monte Amiata. Nell’890, Casale Plana (Castel del Piano) è tra i possedimenti della grande Abbazia benedettina-cistercense di Abbadia San Salvatore, alle cui vicende politiche ed economiche si legò fino al 1198.
Nel 1214 passò ai Conti Aldobrandeschi di Santa Fiora, che nel 1330 concessero a Siena metà di Castel del Piano in garanzia dell’accettazione delle condanne loro inflitte dal Comune.
Sotto la dominazione senese, grazie al valore dimostrato nelle guerre contro i Conti di Santa Fiora, Castel del Piano ebbe i suoi primi Statuti (7 settembre 1393).
Nel 1431 quattro soldati nati a Castel del Piano come ex voto per lo scampato pericolo nella guerra contro il Conte Orsini di Pitigliano, avrebbero portato a Castel del Piano la santissima effigie della Madonna (derivata dalle composizioni del quattrocentista Sano di Pietro) ed edificato il primo nucleo dell’attuale Chiesa della Madonna delle Grazie.
Successivamente, Castel del Piano seguì le sorti della Repubblica Senese e dopo la sua caduta (nel 1555) e la caduta di Montalcino nel 1559, passò ai Medici di Firenze.
Tra la fine del sec. XVII e l’inizio del XVIII sono attivi in Castel del Piano i pittori di scuola senese Nasini: Francesco, Antonio Annibale, Giuseppe Nicola, Antonio, Tommaso, Giacomo Francesco e Apollonio; al numero civico 43 di Corso Nasini troviamo infatti la casa natale di alcuni di loro, come ci ricorda una lapide del 1869.
Nelle battaglie di Curtatone e Montanara (1859 – 1860) combatterono due cittadini di Castel del Piano: Andrea Fratini e Achille Franci; Francesco Magliacani e Giuseppe Sorbelli furono accanto a Garibaldi, tornati al paese natio vollero ricordare l’impresa con due panchine di pietra trachitica in Piazza R. G. Carducci, il popolare Piazzone, su una delle quali vi è inciso “uno dei mille”.