Città umbra si chiamò Tifernum (donde il nome odierno degli abitanti tifernati) a cui i Romani aggiunsero l'appellativo di Tiberium per distinguerla da altre omonime città.
La città fu un ricco municipio romano, ricordato anche da Plinio il Giovane, che vi eresse una villa ed un tempio.
Secondo la tradizione l'antica Tifernum venne distrutta da Totila e ricostruita dal Vescovo Florida (patrono della città), assumendo il nome di Castrum Felicitatis, che dopo il X secolo divenne Civitas Castelli.
Costituitasi in Comune, fu a volte libera o sottomessa a Perugia e alla Chiesa. Nel corso del XII secolo conobbe la signoria dei Da Pietramala e nel XIV quella di Branca Guelfucci; nel 1422 fu presa da Braccio da montone; infine nel 1486 Niccolò Vitelli si impadronì della Signoria, allontanando il governo papale e venendo perciò chiamato padre della patria.
A lui succedettero i figli paolo e Vitellozzo, che fu ucciso da Cesare Borgia nel 1503. La città passò quindi alla Chiesa, ma continuò per tutto il secolo XVI ad essere di fatto governata dai Vitelli, sotto la cui signoria la città conobbe il suo maggior splendore, con la presenza di artisti quali Luca Signorelli, Raffaello, Della Robbia, Antonio da Sangallo il Giovane, Vasari ed altri.
Nel 1798 Città di Castello venne invasa dalle truppe francesi alle quali i tifernati incautamente regalarono lo Sposalizio della vergine di Raffaello (oggi custodito a Brera); l'anno successivo venne però ristabilito il governo pontificio, che perdurò fino al 1860 quando la città venne annessa al Regno d'Italia.