Le peuplement du territoire constituant la commune de Saint-Marcel remonte aux temps les plus anciens, avec de nombreux signes d'implantation humaine dès la préhistoire. L'oppidum de Saint-Étienne de Dions a été habité durant la protohistoire et les premiers siècles de l'ère chrétienne.

Au Moyen-Âge, le village se développe sur son emplacement actuel, s'entoure de remparts, et s'affirme comme un patrimoine épiscopal d'importance. Puis,et durant tout l'Ancien Régime, Administration et Justice ont pu relever de l'Église et des nombreux seigneurs (48 selon plusieurs sources) implantés dans une cité fortifiée. Une sentence arbitrale de l'évêque de Viviers rendue le 12 février 1242 a porté création d'un Consulat à Saint-Marcel.

Au XVIII^e siècle, la Famille de Pierre, dont est issu le Cardinal de Bernis, a joué un rôle important dans l'administration de la cité. Dans la deuxième moitié du XIX^e siècle et la première moitié du XX^e siècle, l'exode rural, dû aux crises agricoles, puis la Guerre de 1914-1918, ont fortement affecté la démographie municipale : 1 046 habitants en 1954 contre 2 358 en 1856. Mais, après la seconde guerre mondiale, les barrages construits dans la vallée du Rhône puis, surtout, l'implantation, à proximité, des sites nucléaires du Tricastin ont, avec l'attrait de l'Ardèche méridionale pour les retraités et les citadins à la recherche de résidences secondaires, permis de retrouver au début du XXI^e siècle un total de population supérieur à 2 000 habitant