In età romana si chiamava Carsioli (i cui resti si trovano ad alcuni chilometri dall'attuale centro abitato). Nel medioevo, si creò un piccolo agglomerato di case attorno ad alcune celle di monaci e alla chiesa di S.Maria, detta appunto "S.Maria in Cellis". La chiesa, il convento e il vicino castello di S.Angelo, distrutti piú volte durante le invasioni ungare e saracene, furono ricostruiti per iniziativa di Rinaldo conte dei Marsi: e il documento che attesta tale riedificazione (del 996 secondo alcuni, del 1000 secondo altri) starebbe a rappresentare "la data della nascita ufficiale di Carsoli come città medioevale" (M.Eboli).
 
Il Corsignani, che fa evidente confusione cronologica tra questa ricostruzione e il successivo episodio dell'erezione di S.Maria in Cellis a sede di diocesi con il vescovo scismatico Attone (inizi dell'XI secolo), ci aiuta tuttavia a ricostruire un momento particolarmente delicato della storia ecclesiastica e civile della Marsica negli ultimi secoli del Medioevo. La chiusura dello scisma (avvenuta nel 1057 con la nomina del vescovo legittimo Pandolfo) determinó l'inizio della decadenza di Celle.
 
I successori di Berardo e Odorisio si spartirono il territorio, abitando uno nel castello di Oricola, un altro a Colli di Montebove, il terzo nel castello di S.Angelo alle Celle. Pian piano molte terre vennero donate, dagli stessi conti, ai monasteri di Farfa, di Subiaco e di Montecassino, i quali si sostituirono ai legittimi feudatari, almeno fino all'epoca sveva, quando (sotto il Barbarossa) Celle venne assediata e occupata militarmente. Nel XII secolo Carsoli - almeno secondo una tradizione del luogo - ospitò S.Francesco e, verso la fine del secolo, vide il passaggio di Corradino di Svevia e di Carlo I d'Angió.
Anzi, a quest'ultimo sarebbe da attribuirsi, secondo alcuni studiosi, la costruzione della chiesa di S.Vittoria (che, però, secondo altri, sarebbe più antica).
 
Passata sotto la contea di Albe (Tagliacozzo), Carsoli divenne dunque feudo degli Orsini e poi dei Colonna come sede di baronia, rimanendo a loro soggetta fino al 1806. La peste del 1656 fece grandi stragi in Carsoli, che vide ridursi in pochi mesi la sua popolazione da 1600 a soli 300 abitanti. La seconda metà del Seicento fu caratterizzata dal dispotismo di un signorotto locale, Giovanni Festa, contro il quale nel 1686 scoppiò una violenta sollevazione popolare.
Coinvolta in tutte le vicende politiche e sociali del Settecento e dell'Ottocento, soprattutto perché posta alla frontiera con lo Stato Pontifício, Carsoli ha visto mutare il suo ruolo e la sua importanza economica in questi ultimi decenni, soprattutto con la creazione di un buon nucleo industriale e con l'apertura dell'autostrada.