L'occupation du site de la forteresse remonte au moins à l'époque romaine. Les vestiges d'un oppidum ont été découverts au sud-est de la forteresse, de même que plusieurs sites contemporains en contre-bas de la montagne.
Mornas est mentionné pour la première fois au IX siècle (Rupea Morenata), et fut tour à tour propriété de l'abbaye d'Aniane, de l'archevêché d'Arles puis des Comtes de Toulouse. Tandis qu'un village se développe au pied de la montagne, le site du castrum se fortifie en continuité avec l'oppidum romain. Ces premières fortifications étaient très probablement en bois..
La forteresse va alors être longuement disputée par les comtes de Toulouse et les archevêques d'Arles, en raison notamment de sa position stratégique. En 1209, pendant la Croisade contre les Albigeois, le comte Raymond V, accusé de sympathiser avec les hérétiques, est forcé de léguer plusieurs de ses places fortes, dont Mornas, à l'Église. Mornas repasse ainsi sous le giron de l'archevêque d'Arles, avant d'être reprise par le Comte de Toulouse jusqu'au Traité de Paris en 1229, selon lequel toutes les possessions comtales à l'Est du Rhône passent sous l'autorité du Roi de France, à l'exception du Comtat Venaissin, et de facto Mornas, qui appartient désormais au pape. Ce dernier confie l'administration du Comté au Roi de France jusqu'en 1274, date à laquelle le pape Grégoire X reprend en main son administration. La forteresse est placée sous la tutelle des Chevaliers de Saint-Jean de Jérusalem. Ces derniers rétrocèdent la forteresse, coûteuse à entretenir, en 1305.
La place-forte jouera un rôle important de défense lors de la Guerre de Cent Ans, notamment contre les "compagnies" de routiers qui ravagent le pays à plusieurs reprise. Ces troubles cessent à la fin du XIV siècle, marquant ainsi le début d'une période d'accalmie qui durera jusqu'à la deuxième moitié du XVI siècle et les Guerres de Religion.
Négligée par l'Église pendant tout ce temps, la forteresse, mal entretenue, tombe facilement entre les mains des troupes protestantes en 1562 dirigées par Montbrun, lieutenant du Baron des Adrets, qui fait précipiter les réfugiés et la garnison du haut de la falaise. Dans les années qui suivent Mornas est alors successivement aux mains des catholiques et des huguenots.
Les troubles cessèrent à la fin du XVI siècle, et la forteresse, perdant son rôle défensif, tombe peu à peu dans l'oubli et l'abandon. À partir de 1977, sa restauration est entreprise sous l'impulsion de l'association des "Amis de Mornas". La réhabilitation se poursuit encore aujourd'hui, et de nombreuses animations et reconstitutions sont proposées pendant la période estivale notamment.
