Los primeros pobladores de Pego que dejaron restos de su asentamiento son del Paleolítico Medio. En esta época y en el Neolítico estos primeros habitantes vivían en cuevas como la Cova de l'Ase, la Cova de Xical o la Cova Negra. También hay restos de cerámica en Ambra, en la Muntanyeta Verda y en las montañas de Bullentó. Poco a poco, estos pobladores fueron descendiendo a la llanura, como atestigua por ejemplo, el yacimiento de El Pla en la Marjal.
En Pego hay una fuerte huella romana: se han hallado los yacimientos arqueológicos de Penyalva, la Heretat de Sala, la partida de Favara, la partida de Gaià, el Tossalet de les Mondes, l'Alter de Pau y en Atzahila. La llegada de los romanos a Pego estuvo ligada a la proximidad de Dénia y su puerto: se establecieron algunas villas romanas en los lados de una vía secundaria que unía Xàtiva y Dénia por el interior.
Los musulmanes ocuparon el valle de Pego alrededor del año 716, y se instalaron en alqueries dispersas que dependían del Castell d'Ambra. Realizaron grandes transformaciones agrícolas y crearon nuevos sistemas de riego que después mantuvieron los cristianos.
Jaume I conquistó el valle y se inició la repoblación con colonos cristianos venidos de Cataluña mayoritariamente. Empezó a construirse la villa de Pego amurallada, con tres puertas y dieciséis torres. Después de la expulsión de los moriscos en 1609, Pego quedó casi despoblado y se repobló con colonos de Cataluña y las islas Baleares.
A partir del siglo XVIII empieza la gran explotación agrícola sobre todo de la marjal: lo más importante en este momento es la introducción del cultivo del arroz. En el siglo XX, el cultivo se extiende también al de la naranja.