Les premières traces d'occupation du plateau datent du néolithique et de l'age de Bronze (pointe de flèche, céramique et scories de fonte). Au pied de la falaise, des vestiges de monuments romains ont été découverts : édifice thermal du IIIe siècle après J.-C. et temple (dédié à Diane ?).

La première mention de Mornas (Rupea Morenata) date du IXe siècle, dans un texte de l'évêque Théodulphe, missi dominici de Charlemagne. Ce n'est qu'en 1088, dans un acte confirmant la donation intervenue entre Conrad Ier, roi de Germanie, et les archevêques d'Arles, en 911, qu'il est fait référence à un ensemble fortifié : "le castrum dit de Rocca sur la hauteur ". Ces derniers le donnent rapidement en fief aux comtes de Toulouse, car Mornas est mentionné dans leurs biens en 983.

En 1125, le comte de Toulouse Alphonse Jourdain fait l'acquisition du Nord de la Provence, dont le Comtat Venaissin. C'est sans doute à compter de cette date que le château que nous connaissons aujourd'hui est construit. Raymond VI de Toulouse doit le remettre à l'Eglise Catholique en juin 1209, suite à sa comparution devant les envoyés du pape pour l'assassinat du légat Pierre de Castelnau (fait déclencheur de la croisade contre l'hérésie cathare). Mornas revient donc à ses propriétaires d'origine, qui en réclament cependant toujours la restitution en septembre 1224. Cinq ans plus tard, le traité de Meaux-Paris met fin au conflit albigeois opposant le royaume de France au comté de Toulouse. Il fait passer certains biens de ce dernier à la couronne de France (Bas-Languedoc) et le Comtat Venaissin au Saint Siège. Raymond VII recouvre toutefois ce territoire en 1234. Revenu dans l'orbite royale en 1271, il est octroyé par Philippe III le Hardi au Saint-Siège en 1271. A cette date, le château est confié aux chevaliers de l'ordre de Saint-Jean de Jérusalem.

Au siècle suivant, en pleine guerre de Cent Ans, la région voit passer un grand nombre de routiers attirés par les richesses du pape installé en Avignon. Celui-ci a fait mettre en état de défense le château dès 1342, et le renforce entre 1370 et 1378. A cet effet, l'enceinte de 2 km de long est construite.

Au début des guerres de Religion, vers 1560, quelques compléments et modifications sont apportés au château : adaptation aux armes à feu des tours de l'enceinte et de la demi-tour ronde proche de l'entrée, et construction du moineau flanquant le fossé.

Mornas, en 1562, est le théâtre de terribles événements. Le 08 juillet, la garnison du château doit capituler devant Charles de Puy-Montbrun, capitaine du baron des Adrets qui a épousé la cause protestante. Les huguenots précipitent du haut de la falaise les soldats de la garnison et assassinent les civils venus se réfugier au château. Ces mêmes huguenots enlèvent de nouveau la place en 1567, mais doivent capituler l'année suivante (le 1er octobre) devant les troupes de François de la Baume. Ils subiront à leur tour le triste sort réservé à la garnison catholique cinq ans plus tôt !

Peu avant la Révolution, le château de Mornas est en ruine, les murailles s'écroulent et les pierres servent en remploi dans des constructions " modernes ". C'est en 1977 que la sauvegarde du château est entreprise par l'association "les amis de Mornas".