Los restos de los primeros pobladores en el término municipal se han encontrado en el Tossal de Santa Bárbara y, probablemente, pertenecen a un asentamiento entre el Bronce final y la primera Edad del Hierro entre los siglos IX y VIl a. C. La abundante cerámica hecha a mano perteneciente a grandes recipientes y la estructura del asentamiento en una de las máximas alturas del municipio así lo confirman.
Más tarde la cultura ibérica también fue importante en los yacimientos de Les Torrasses, el Cerrau, Los Trullets y la Torre Cremada. En estos tres últimos yacimientos, excavados recientemente al lado del río Matarraña, se han recogido materiales arqueológicos de gran interés para su interpretación.
La defensiva Torre Cremada, atalaya sobre el río Matarraña, totalmente consolidada después de las excavaciones, ya se conocía a principios del siglo XIX, gracias a los trabajos arqueológicos de Evaristo Colera, tiene una cronología de ocupación más amplia y encontramos restos hasta la época romana y medieval.
La torre de los Trullets no tenía el mismo uso y parece que se utilizaba como habitáculo, según se puede deducir de las interpretaciones de los arqueólogos de la Universidad de Toulouse y del Taller de Arqueología de Alcañiz.
Edad Media
En la Edad Media el rey Alfonso II recuperó la villa definitivamente para la Corona de Aragón en 1168, como gran parte de las poblaciones del Matarraña.
Eclesiásticamente, en aquella época, formaba parte de la parroquia de Valjunquera que era más importante, hasta que en 1.407 el papa Benedicto XIII la separó de la villa vecina porque entendía que tenía suficiente población -40 habitantes- y servicios religiosos -iglesia, baptisterio y cementerio- para formar una parroquia independiente
Al iniciarse la Edad Moderna, en 1495, tiene 36 hogares -36 casas- la población era un barrio de Alcañiz y pertenecía a la Orden Militar de Calatrava. En este censo, al final de la Edad Media, aparecen apellidos que todavía llevan nuestros vecinos: Timoneda, Celma, Foz Aguilar, Puyo o Albesa.
Edad Moderna
En 1580 había en Valdeltormo un molino de aceite de propiedad comunal, que era arrendado por el prior y los mayorales de la cofradía al mejor postor. En 1584 la hermandad poseía una casa de propiedad en la villa. En 1766 la encomienda de Calatrava percibía de Valdeltormo la décima parte de la cosecha de todo tipo de grano, el 15% de la vendimia, la décima del ganado cabrío y ovino y el mismo porcentaje del cáñamo y olivas. De los cerdos se quedaba un lechal de la primera camada de cada año.
Felipe IV firmó el 1629 un decreto que concedía la independencia política a la población, y por el cual nuestro municipio se separó definitivamente del de Alcañiz.
Durante la guerra de la Separación de Cataluña los ejércitos enfrentados, en 1643, saquearon e incendiaron nuestra población y algunos habitantes fueron brutalmente degollados.
A finales de este mismo siglo se construye la actual iglesia que sustituyó a otra más pequeña a consecuencia del aumento de la población. Posteriormente, al iniciarse la guerra de Sucesión a la Corona Española, a principio del siglo XVIII, nuestro municipio se encontró nuevamente delante de dos ejércitos antagónicos y sus habitantes padecieron las consecuencias del nuevo enfrentamiento, ahora entre borbónicos y austríacos, saqueos, destrucciones, robos, muertes….
En 1713 la población descendió a tan sólo 58 vecinos. Pero es a finales de siglo, después de un largo período de paz y de crecimiento económico, según el censo de Floridablanca de 1787, donde se inicia la recuperación del municipio y la población pasa a tener 473 vecinos: 1 capellán, 1 beneficiario, 1 sacristán, 2 estudiantes, 69 labradores, 34 jornaleros, 11 artesanos y 12 criados.
EI 1.805 unas abundantes lluvias dejaron estancadas las aguas en las vales que rodean la población y la putrefacción de las mismas produjo una gran epidemia, por lo que murió gran parte de su vecindario. El problema se solucionó cuando consiguieron drenar las aguas hacia el río. No recuperados de la tragedia, tres años más tarde estalló la guerra de la Independencia, la inestabilidad política y los fuertes impuestos de guerra afectaron otra vez a la población.
Durante estos años destacó la fuerte personalidad del párroco del municipio, Evaristo Colera, precursor de la arqueología, intelectual ilustrado afrancesado que recorrió diversas veces nuestra comarca y que estuvo al frente de la parroquia de la Vall entre los años 1807 y 1837.
Pero la paz duró poco en este siglo porque las guerras carlistas llevaron otra vez la muerte y la desolación, sobre todo durante la década de los 30. Manuel Robres, vecino de la población, fue asesinado el 1.834 y otros seis vecinos, en el término de Ráfales, un año después.
Edad Contemporánea
Durante la II República, las elecciones de junio de 1931 fueron ganadas por la candidatura Republicana Popular con el 93,5% de los votos. En las elecciones de febrero de 1936, los electores se decantaron por la derecha -CEDA- en una convocatoria muy abstencionista por la fuerza del movimiento anarquista en la comarca que reclamaba la abstención de sus simpatizantes, donde no participaron ni el 50% de los electores.
La guerra civil dejará la población dentro de la zona republicana, donde se llevaron a cabo experiencias de colectivización de las tierras, hasta los primeros días de 1938 cuando entran las tropas del general Franco, después de una intensa lucha de los dos ejércitos entre las Ventas de Valdealgorfa y el Mas del Labrador.
Las muertes, a consecuencia de la lucha, serán numerosas en los dos bandos y también los exilios hacia Francia de los perdedores de la contienda. Uno de los capítulos más doloroso de este período en Valdeltormo fue el fusilamiento de todos los miembros del Ayuntamiento (alcalde, concejales y secretario, además del párroco de la localidad) en septiembre de 1936.
Acaba la guerra civil llega a Valdeltormo un nuevo sacerdote, Pedro León Andía Labarta. Se convertirá en una figura importante del municipio, no solamente por su labor pastoral sino también por sus enseñanzas musicales a jóvenes de varias generaciones. Fue sacerdote de las iglesias de Valdeltormo y Mas del Labrador durante 56 años (1940-1996) y en ese tiempo formó varias bandas y corales. Recibió varios homenajes a lo largo de su vida, una calle y una plaza de la localidad llevan su nombre.
Una vez acabada la II Guerra Mundial fueron muy importantes los movimientos de los maquis que volvían clandestinamente de Francia para luchar contra el régimen impuesto por el general Franco y que pertenecían a la Agrupación Guerrillera de Levante y Aragón. En este sentido, dos vecinos de Valdeltormo, Genaro Fuster y Rogelio Cuartilla, fueron fusilados por colaborar con los maquis. España ya no estaba en guerra, pero fueron igualmente ejecutados, de forma extrajudicial, sin juicio ni sentencia. No fueron los únicos, otros vecinos de pueblos cercanos corrieron la misma suerte.
Los maquis se escondían en la zona más boscosa del término, en la sierra Molina, donde prepararon varias acciones guerrilleras. Una de ellas fue el incendio del autovía cerca de la estación de tren en diciembre de 1947: Un grupo de maquis disfrazados de ferroviarios lograron introducirse en la vía de la línea Zaragoza-Tortosa, redujeron a los guardias civiles encargados de la vigilancia del convoy e interceptaron las comunicaciones. Después hicieron bajar a los pasajeros y quemaron el tren muy cerca de la estación de Valdeltormo, de tal manera que desde la población se podían observar las llamas y la humareda que producía el sabotaje ferroviario. Tan sólo un mes antes, un artefacto estalló a la entrada del puente de Torre de Compte, sobre el río Matarraña, obligando a paralizar el servicio de trenes.
La emigración del campo a la ciudad, de la agricultura a la industria, ha hecho descender significativamente la población, siendo la vecina Cataluña su principal destino. De 754 habitantes en 1.940 hemos pasado a tan sólo 301 en 2.022.