La première occupation humaine remonterait au Néolithique, mais c’est au cours de l'époque romaine, qu’apparaissent les premières constructions, sans doute non loin de l'actuelle chapelle Notre-Dame-des-Cyprès.
Au Moyen Age, l'histoire de la cité est étroitement liée à celle de l'abbé Mayeul. Ordonné prêtre puis chanoine de la cathédrale de Mâcon, il rejoint ensuite l'abbaye de Cluny et finit par donner ses propres domaines, s'étendant de l’actuel Montauroux à Claviers, à l'évêché de Fréjus.
L’ancien nom de Fayence, Fagentia, est d’ailleurs mentionné pour la première fois en 909, dans une charte du cartulaire de l'abbaye de Cluny. Il proviendrait du latin Fagus (hêtre), massivement implanté dans la région et utilisé par les Romains comme bois de construction.
On retrouve aussi le terme Faventia loca, endroit agréable, dans une charte de l'abbaye de Saint-Victor, datant de 1119.
Par crainte des invasions, l'évêché de Fréjus fait construire un château au sommet de la colline. Le lieu devient alors un lieu de villégiature particulièrement prisé, et Fayence se développe autour de la résidence cléricale. Mais en 1710, monseigneur de Fleury, évêque de Fréjus, futur précepteur et ministre de Louis XV ordonne le démantèlement du château devenu selon lui trop « dispendieux et inutile ».
En 1782, Fayence s'affranchit de la tutelle de l'évêque de Fréjus en payant la somme de 53000 livres. Le roi de France est désormais son unique souverain. Fayence compte alors 2600 habitants ; son territoire est immense. Aux limites actuelles, il faut y ajouter le hameau de Saint-Paul-les-Fayence (aujourd’hui Saint-Paul-en-Forêt), rattaché depuis 1632, et un large secteur de la forêt des Maures.
En 1790, la cité devient chef lieu de canton comprenant Mons, Seillans et Tourrettes, mais les guerres menées par la jeune République, entre 1789 et 1799, amèneront 65000 soldats dont 13000 au cours du seul été 1796 à traverser son territoire. Les conséquences pour Fayence seront importantes: difficulté pour nourrir les habitants, accroissement du nombre de malades, et augmentation des réquisitions.
Au XIXe siècle, l'économie locale connaît un net ralentissement. La production oléicole souffre de l'accumulation de mauvaises récoltes et de la concurrence croissante des huiles espagnole et italienne. Les vignes sont quant à elles ravagées par le phylloxéra.
Malgré cela, et un exode rural massif au profit des villes côtières, la municipalité entreprend de gros travaux d'embellissement: restauration de l'hôtel de ville, percement de l'avenue Gambetta, ouverture de la première école privée pour filles en 1845, et transfert de l’école de garçons à la nouvelle école de la Ferrage en 1883.
C’est à cette époque que Fayence développe aussi son approvisionnement en eau. En effet, depuis toujours, le village était alimenté par le Ray ou la Tuyère. Ce n'est qu'en juin 1891, qu'un décret présidentiel « déclare d'utilité publique le prolongement de l'extension du périmètre arrosable du canal de la Siagnole sur le territoire des communes de Fayence, Tourrettes, de Callian et de Montauroux ».
La gare de Fayence est la plus importante du canton. Située en plein cœur du quartier Saint-Eloi, elle possède des hangars, des voies de butoir et même une bascule. Cependant, l’exploitation du Central Var n'est pas assez rentable, ce qui entraînera la fermeture de la ligne en 1950.