Pouco se sabe quanto à primitiva ocupação humana de seu sítio, possivelmente um castro pré-histórico. À época da Invasão romana da Península Ibérica, alguns autores defendem ser esta a povoação romanizada que os Lusitanos denominavam como Medóbriga, que, objeto de disputa entre as forças de Pompeu e de Júlio César, foi conquistada por tropas deste último sob o comando do propretor Caio Longino, em meados do século I. O interesse pela povoação derivava principalmente por ser vizinha à estrada romana que ligava Cáceres a Santarém, na altura da ponte que cruzava o rio Sever (Ponte da Portagem).

Embora não haja mais informações acerca do período das invasões de Suevos, Visigodos e Muçulmanos, entre 876 e 877 aí se instalou ibne Maruane, sendo o local conhecido já no século X como Amaia de ibne Maruane ou Fortaleza de Amaia.

No contexto da conquista de Alcácer do Sal, D. Afonso Henriques (1112-1185) terá tomado a povoação aos mouros entre 1160 e 1166. Quando da demarcação do termo de Castelo Branco (1214), Marvão já se incluía em terras portuguesas. D. Sancho II (1223-1248) concedeu-lhe Carta de Foral (1226), visando manter esta sentinela avançada do território povoada e defendida diante das repetidas incursões oriundas de Castela à época.

D. Afonso III (1248-1279) doou os domínios de Marvão aos cavaleiros da Ordem de Malta (1271), posteriormente outorgados a seu filho, Afonso Sanches, juntamente com os senhorios de Arronches, Castelo de Vide e Portalegre. Por esta razão, ao se iniciar o reinado de D. Dinis (1279-1325), a vila e o seu castelo viram-se envolvidos na disputa entre o soberano e o infante D. Afonso, vindo a ser conquistados pelas forças do soberano em 1299. No encerramento da questão, os domínios de Marvão, Portalegre e Arronches foram trocados pelos de Sintra e de Ourém, permanecendo os primeiros na posse do soberano. Este confirmou a Marvão o foral de 1226 e empreendeu-lhe obras de ampliação e reforço das defesas, destacando-se a construção da torre de menagem, iniciada no ano de 1300.

No reinado de D. Fernando (1367-1383), foi estabelecido em Marvão o couto de homiziados (1378). Após o seu falecimento, ao eclodir a crise de 1383-1385, a vila e seu castelo posicionaram-se pelo partido do Mestre de Avis. O novo soberano e os seus sucessores concederam diversos privilégios à vila (1407, 1436 e 1497) com o mesmo fim de incrementar o seu povoamento e defesa. Nessa fase, foram procedidos também reforços nas muralhas, o que é constatado pela presença de cubelos datando dos séculos XV e XVI.

Quando da Restauração da independência portuguesa, no contexto da guerra que se seguiu, as defesas de Marvão foram remodeladas, adaptadas aos avanços da artilharia da época. A primeira fase dessas obras desenvolveu-se entre 1640 e 1662 quando o abade D. João Dama empreendeu a reconstrução de um troço da muralha e barbacãs que se encontravam em ruínas, providenciou reparo nas portas do castelo e outros consertos necessários à conservação e defesa da vila. Ainda em obras, sofreu assalto por forças espanholas (1641 e 1648), batendo-se ativamente com a praça vizinha de Valencia de Alcántara, até à conquista desta pelas forças de D. António Luís de Meneses (1644. Um relato de Nicolau de Langres, à época, informa que a guarnição de infantaria e de cavalaria portuguesa nesta fortificação eram oriundos de Castelo de Vide, contando Marvão com cerca de 400 habitantes.

Ao se iniciar o século XVIII, a fortaleza de Marvão foi conquistada pelo exército espanhol (1704), para ser retomada em seguida pelas tropas portuguesas sob o comando do conde de São João (1705). Um novo assalto espanhol à vila se repetiria décadas mais tarde, em 1772.

No século XIX, abrindo-se a Guerra Peninsular, foi ocupada por tropas francesas, libertando-se em 1808. Posteriormente, quando das Guerras Liberais, no episódio conhecido como Guerra da Patuleia, foi ocupada pelas forças liberais (12 de Dezembro de 1833), vindo a sofrer o assédio das tropas miguelistas no ano seguinte (1834).

O castelo encontra-se classificado como Monumento Nacional, por Decreto publicado em 4 de Julho de 1922. A intervenção do poder público, por iniciativa da Direcção-Geral dos Edifícios e Monumentos Nacionais (DGEMN), iniciou-se em 1938, na forma de reparações, renovações, reconstruções, desinfestações, limpeza e pintura, repetindo-se até aos nossos dias. Desde então, com o apoio da Liga dos Amigos do Castelo de Marvão e da Câmara Municipal, este patrimônio vem sendo mantido em bom estado de conservação. Ao visitante são oferecidas visitas guiadas ao núcleo arqueológico de armaria nas dependências do castelo.