Petorca, cuyo nombre proviene del mapudungun “Picotazos”, posee una destacada riqueza prehistórica reflejada en el arte rupestre que aún puede apreciarse en quebradas y cumbres. Los primeros habitantes habrían sido grupos de las culturas Bato y Llolleo, alfareros que existieron entre los años 860 a.C. y 1000 d.C. En la época precolombina, previo a la llegada de los españoles, estos territorios fueron ocupados por diaguitas y picunches entre los años 1400 y 1500 d.C.

La expansión incaica hacia el centro de Chile, iniciada entre las décadas de 1470 y 1480 d.C., influyó también en las culturas originarias que habitaban la zona. Como vestigio del Tawantinsuyu en la comuna de Petorca, se encuentra el Camino del Inca —hoy Patrimonio de la Humanidad— ubicado en la zona cordillerana.

Durante la época colonial hispana, el valle de Petorca formó parte de los dominios de Catalina de los Ríos y Lisperguer, conocida como La Quintrala, durante el siglo XVII. Más tarde, en el siglo XVIII, Domingo Ortíz de Rosas fundó el 8 de abril de 1754 la Villa Santa Ana de Briviesca, en honor a su esposa; esta villa sería luego conocida como Petorca. El oro, el cobre y la plata convirtieron a este territorio en un destino atractivo para mineros, pirquineros y comerciantes, formando parte del auge minero del siglo XVIII, con yacimientos como “Los Tornos” en Hierro Viejo.

En el siglo XIX, Petorca fue cuna de importantes figuras de la historia nacional. El coronel patriota Santiago Bueras (1786-1818) forjó en esta comuna su carácter y habilidad física, fundamentales en la lucha por la Independencia. Asimismo, Petorca vio nacer al Presidente de la República Manuel Montt Torres, quien durante su mandato entre 1851 y 1861 impulsó significativos avances legislativos para el progreso del país.

Ya en el siglo XX, la minería vivió nuevos ciclos de auge con yacimientos como El Bronce y Dulcinea, pero hacia fines de la centuria y comienzos del siglo XXI entró en declive, lo que provocó la emigración de una parte importante de la población. Actualmente, subsisten actividades mineras de pequeña escala. En este contexto, la agricultura pasó a ser la principal actividad económica de Petorca, aunque hoy se encuentra fuertemente amenazada por la escasez hídrica.