Abitata sin da tempi antichissimi, la zona di San Costanzo ci ha restituito numerose testimonianze del periodo dell'Età del ferro, tra cui le più importanti ed antiche provengono dall'omonima necropoli.

Anche San Costanzo seguì le vicissitudini storiche delle città vicine.
Fu occupata dai Galli sino alla battaglia di Sentino, che decretò con la vittoria di Roma lo stanziamento delle sue guarnigioni. Dopo la caduta dell'Impero Romano, e l'invasione di popolazioni barbariche, il territorio fu annesso prima al regno Ostrogoto e al termine della guerra gotico-bizantina vinta dai Ravennati entrò sotto il controllo della Pentapoli Marittima.

E' di questo periodo la costruzione delle prime strutture fortificate del villaggio rurale, che divenne così un baluardo contro le successive invasioni dei Longobardi prima e dei Bulgari successivamente.

Nel 1283 faceva parte dei "castelli al di là del Metauro" soggetti alla città di Fano. Tra il 1300 e il 1400 seguirà le alterne vicende tra Guelfi e Ghibellini sino all'affermarsi dei Malatesti che nel 1429 riedificheranno e potenzieranno le mura castellane rimaste danneggiate dalle continue ribellioni della popolazione e le riconquiste dei signori di Rimini.

Con la caduta dei Malatesti, San Costanzo passò dopo la dominazione del ducato di Urbino, ai Della Rovere e infine alla Santa Sede assumendo il titolo di legazione.

Nel 1798 a seguito della campagna d'Italia di Napoleone arriverà l'annessione alla Repubblica Cisalpina, alla cui caduta tornerà allo Stato della Chiesa.

Con l'Unità d'Italia le sorti di San Costanzo seguiranno ormai indissolubilmente quelle del resto del Paese.