L'origine di Cantiano risale a Lucèoli, antichissima città umbra fondata nel VII secolo a.C. dagli Ikuvini, ramificazione del popolo degli Italici che migrarono dalla pianura Padana, in corrispondenza dell'attuale frazione di Pontericcioli.
Numerosi, infatti, sono i reperti pre–romani rinvenuti in questa zona.
Di notevole importanza sono le "Tavole Eugubine", ritrovate presso le rovine del maestoso tempio di Giove Appennino, costruito dagli stessi Ikuvini vicino Scheggia.

Dopo la dominazione etrusca, che qui aveva un importante nodo di traffico e di commercio, Lucèoli crebbe notevolmente di importanza anche strategica in epoca romana, dopo l'apertura della Via Flaminia di cui sono ancora presenti importanti strutture come il Ponte Grosso e la massiccia sostruzione denominata il "Pontone".

Durante le invasioni barbariche Lucèoli subì numerose distruzioni ad opera degli Eruli e dei Goti che combatterono aspramente contro Narsete, il quale riuscì a riconquistare il territorio dell'Impero Romano d'Oriente e fece di Lucèoli un caposaldo del cosiddetto "Corridoio bizantino", via di comunicazione tra i domini bizantini con il ducato Romano e il regno di Napoli.
Durante questo tormentato periodo, gli abitanti furono costretti a stabilirsi sulle due aspre montagnole fortificate sovrastanti la Flaminia che garantivano una più valida difesa dalle scorrerie dei barbari.
In seguito le rocche di Cantiano (fondata nel IX secolo) e Colmatrano divennero castelli imperiali di Federico Barbarossa poi seguito feudo del conte Bonaccorsi.

Durante la dominazione di Federico II di Svevia, il naturale incremento della popolazione e l'importanza strategica della nuova roccaforte di Cantiano spinsero gli eugubini ad ampliare la stessa verso quella presente sul colle di Colmatrano attraverso l'unione della muraglia protettiva.

Il dominio di Gubbio sul castello di Cantiano (anche se non fu mai un possesso pieno, in quanto Cantiano non fece mai parte della circoscrizione amministrativa della città), si protrasse fino a quasi tutto il XIII secolo e portò un afflusso dalla città (di Gubbio?) di artieri e commercianti, desiderosi di aprire le botteghe direttamente sulla Flaminia e di costruire i loro palazzi lungo le vie principali del centro.

Nel 1381 divenne feudo autonomo dei conti Gabrielli, potente casato della città di Gubbio.
Di lì a poco, nel 1393, Cantiano fu annessa al Ducato di Urbino per mano del conte Antonio da Montefeltro che, dopo anni di combattimenti e un lungo e vano assedio, poté ottenere la città solo tramite una trattativa che si concluse con la cessione di tutte le proprietà dei Gabrielli al signore di Urbino per la somma di 8000 fiorini.
Sotto il Ducato di Urbino, Cantiano fu una terra fiorente per le attività artigianali legate alla lavorazione del legno e della lana e quelle inerenti all'allevamento del bestiame, soprattutto equino.

Nel 1631 Cantiano passò allo Stato della Chiesa, sotto il cui modesto controllo rimase fino al 1860, anno della riunificazione d'Italia.