Acquistò una certa rilevanza a partire dal III secolo a.C., con il passaggio della Via Flaminia e il processo di romanizzazione. Scavi passati e recenti hanno confermato la presenza dell'insediamento romano in località Pietrarossa, lungo la Flaminia e il corso del fiume Clitunno, allora navigabile. Lì sterri settecenteschi portarono alla luce un edificio pubblico monumentale, mentre indagini tuttora in corso stanno portando alla luce una splendida domus con ambienti mosaicati e fasi di vita tra l'epoca repubblicana e la tarda antichità. Altri studi, invece, hanno puntato a identificare la prima cerchia di mura della città attuale, ancora visibile in larga parte, come parte di un'arce fortificata del I secolo a.C., datata da altri autori alla tarda Antichità o all'alto Medioevo. Gli Scavi archeologici della suddetta domus stanno anche confermando l'importanza del Fiume Clitunno, allora navigabile, per l'economia della zona in epoca romana, laddove la piccola Trebiae doveva svolgere la funzione di porto fluviale essenziale per il sistema di ville rustiche che sorgevano lungo gli spalti collinari. Alcune di queste sono state identificate grazie a scoperte fortuite o ricerche di superficie nei pressi delle località di Bovara, Manciano, Parrano-Borgo Trevi, Torre Matigge (Malviano) e Coste (Pelano). Fu sede vescovile almeno a partire dal V secolo,venendo assorbita da quella di Spoleto intorno al VI secolo. L'antica cattedrale è stata recentemente ipotizzata coincidere con l'attuale chiesa di S. Maria di Pietrarossa, sorta al di sopra di un edificio pubblico di età romana, probabilmente inserito nel Foro di Trebiae.

 

Il declino dell'insediamento romano in valle avvenne in un lungo periodo, compreso tra il V e il VII secolo. Oltre all'instabilità militare, ulteriori fattori che portarono all'abbandono del sito dovettero essere il processo di impaludamento della Valle Umbra, nonché la fine della navigabilità del sistema fluviale Clitunno-Teverone-Tevere fino a Roma nel corso del V secolo.

 

Nel frattempo, dati archeologici confermano l'esistenza dell'insediamento collinare ove sorge la città oggigiorno, probabilmente sorto per ragioni difensive durante la tarda Antichità

 

Con il dominio dei Longobardi, Trevi rientrò all'interno del ducato di Spoleto, comparendo ancora come gastaldo in documenti di fine XI-XII secolo. Agli inizi del XIII secolo si costituì in libero comune, rifiutando di sottomettersi a quello di Spoleto; fatto per il quale la cittadina venne assediata e distrutta (1214). Successivamente dovette allearsi con Perugia in modo da resistere alle aggressioni delle più grandi comunità vicine. Subì un ulteriore rovinoso sacco nel 1353, per opera dei soldati di Fra Monreale d'Alberno, a seguito del quale vide potenziate le sue difese tramite torri, steccati e uno stagno difensivo. Solo nel 1389 riuscì ad ottenere il libero governo su concessione papale. Subì il dominio di vari capitani e, segnatamente, il funesto vicariato dei Trinci di Foligno fino al 1438 quando, tornata al diretto dominio della Chiesa sotto la legazione di Perugia, seguì le sorti dello Stato Pontificio fino all'unificazione italiana. Nel 1784, da Pio VI, fu reintegrata al titolo di città.