Nel 97 d.C. Plinio il Giovane aveva una villa fuori di Tifernum Tiberinum ( come allora era chiamata Città di Castello ) e nelle vicinanze di certe Terme che altre non possono essere che queste di Fontecchio.

A testimonianza di ciò nel 1879, durante dei lavori di scavo per ampliare il complesso termale, si scoprì un antico muro, una nicchia e la statua di Calpurnia, giovanissima moglie di Plinio, nell’atto di versare acqua da una brocca.

Si racconta che ella fosse bellissima e che, ritornando la sera in villa, Plinio, insieme ad altri regali, le consegnasse, in un recipiente di vetro soffiato, proprio l’acqua e il fango prelevato a Fontecchio che Calpurnia si spalmava sul corpo e sul viso, traendone pregevoli risultati, infatti visse molti anni più del marito, mantenendosi sempre giovane e bellissima nell’aspetto.

Dopo la caduta dell'impero romano divenne una città fortificata, punto di passaggio tra Roma e Ravenna per i Bizantini, al sicuro dai Longobardi, che dominavano la parte meridionale dell'Umbria.

Dal X secolo prese il nome di Civitas Castelli.

Dopo un periodo in cui le Terme caddero in uno stato di abbandono, nel 1573 il consiglio della città decise di riattivare le strutture termali.

Durante il Settecento le sorgenti erano ormai quasi del tutto asciutte, ma grazie al terremoto del 1789 esse sgorgarono nuovamente copiose.

La prima analisi chimica fu effettuata nel 1860.

L'acqua impiegata dal complesso termale è medio-minerale bicarbonato-alcalina solfurea fredda, sgorga infatti ad una temperatura di 16,4 gradi centigradi, e viene utilizzata anche nella preparazione dei fanghi.

Presso lo stabilimento, sotto la supervisione di medici specialistici, si praticano le classiche terapie termali.

La fangoterapia, la balneoterapia, l'antroterapia e l'idromassoterapia sono particolarmente indicate per la cura delle artropatie di natura infiammatoria cronica e degenerativa.

I vari tipi di inalazione sono invece indicate per le affezioni delle alte e basse vie respiratorie.

Per le malattie dell'apparato circolatorio sono disponibili idropercorsi vascolari, e per i disturbi dell'apparato digerente è indicata la terapia idropinica.