Dai reperti archeologici del Museo Civico, appare chiaro che il territorio dell'Appennino centrale, comprendente la zona di Cascia, era molto popolato già in epoca preromana, diversi secoli prima di Cristo, da popolazioni protoitaliche, incineratrici prima e inumatrici poi, dedite all'agricoltura e all'artigianato.

In epoca protostorica, insieme al nursino e al reatino, faceva parte della Sabina che, nel III secolo, venne conquistata dai Romani; nella divisione augustea dell'Italia in Regioni, il Samnium, di cui la Sabina entrò a far parte, costituì la IV Regio. 
A testimonianza della vivacità e dell'importanza di Cascia in epoca preromana e romana rimangono ancora oggi tracce tangibili, ritrovamenti archeologici avvenuti in tutto il territorio: tombe, epigrafi, stipi votive, monete, vasi, are, cippi funerari. 
I romani abitarono la zona in maniera consistente. 
La Cascia romana non era però la "Cursula" ricordata da Dionigi d'Alicarnasso, con la quale hanno voluto identificarla alcuni studiosi. Quest'ultima città infatti distava da Rieti solo 15 chilometri circa, mentre Cascia ne dista ben 59. 
Un pago romano, cioè un distretto di campagna, si era formato a ridosso dell'abitato attuale, già con il nome di "pagus cassianus" o "Cassia" (poi divenuto l'attuale "Cascia"); la contrada vicino a Santa Maria ha ancora l'antica denominazione di "pago". 
Nel pago romano, abitato da popolazioni agricole e artigiane, nascerà, durante il Cristianesimo, la chiesa di Santa Maria della Pieve (da "plebe", cioè popolo minuto), costruita sopra un tempio pagano fra IV e VI secolo.
La prima volta che la città fu menzionata in un documento ufficiale, è durante la guerra tra Bizantini e Goti, quando nel 553 il generale Narsete impose ad Aligerno di recarsi a Cascia per contrastare il passaggio dei soldati gotici che si stavano dirigendo dall'Umbria verso la Campania.

Dopo i romani giunsero i Longobardi, che scesero in Italia seguendo il loro re, Alboino, nel 568: una parte di questi guerrieri, alleati con i bizantini, formarono nel centro Italia il Ducato di Spoleto, che arrivò presto a comprendere il territorio montuoso circostante, tra cui le montagne dell'attuale Valnerina. Nella terminologia e nell'organizzazione politica della zona nel medioevo ancora perdureranno segni di epoca longobarda. 
In epoca altomedievale la campagna fu dominata dalle numerose celle monastiche dell'abbazia di Farfa; tra di esse fu costituito il priorato di Romagnano, con annesso Ospedale di S. Spirito, sotto il gastaldato longobardo, grazie alle molte donazioni dei coloni. Qui dominarono le abbazie di S. Eutizio, Ferentillo e Sassovivo e furono impiantati vari centri monastici e priorati. 
Nel 789, dopo i Longobardi, arrivarono i Franchi, fino a che, nel 962, l' imperatore Ottone I del Sacro Romano Impero, regalò al pontefice gran parte della Valnerina tra cui la città di Cascia, cioè tutto il territorio dal basso all'alto del colle di Sant'Agostino, tanto è vero che nel medioevo il Comune doveva pagare al papato, legittimo proprietario del luogo, un tributo, il cosiddetto "fodrum". 
Dopo il Mille nascerà il Castrum Cassiae, il castello fortificato, l'incastellamento in alto, sul colle intitolato a Sant'Agostino. 
La popolazione si mosse dunque, in pochi anni, dal basso verso l'alto e sorse la cinta muraria a scopo di difesa e per una migliore organizzazione della vita politica e civile. 
L'incastellamento non avvenne solo per motivi di difesa, ma anche e soprattutto per motivi socio-economici. 
Il castrum si sviluppò dal punto più alto verso il basso, a semicerchio, lungo il colle delimitato e difeso dalla stretta e orrida gola del fiume Corno e da quella del fosso di Cuccaro, in cui scorrevano acque torrenziali per buona parte dell'anno.

Il territorio era diviso in semicerchi dentro i quali le famiglie avevano piccoli appezzamenti di terreno per la casa e per coltivare l'orto. 
L'accesso era assicurato da sette porte, più o meno ampie a seconda delle strade che vi conducevano. 
Il castrum Cassie era quasi inespugnabile da almeno tre lati, dalla parte delle due gole del Corno e del fosso di Cuccaro e dal lato di nord-ovest, dove era stato scavato un fossato artificiale. 
In cima al colle, almeno dal 1057, si trova l'insediamento religioso del convento e della chiesa dei canonici regolari professanti la regola di Sant'Agostino, i quali possedevano una loro chiesa, dedicata a San Giovanni Battista. Accanto a questa anche un'altra chiesa, più piccola, intitolata a San Pietro, sorta lungo un'importante via di comunicazione, per dare un pò di ospitalità a pellegrini e viandanti, che potevano rifocillarsi nelle baracche annesse all'edificio religioso. Questa chiesetta di San Pietro divenne la chiesa matrice del castrum, propria delle autorità, così cara ai casciani che essi la ricostruirono per ben tre volte, sempre nella stessa zona, utilizzando le pietre originarie. 
Il punto più alto del colle era abitato dalle classi abbienti, gli aristocratici; si organizzarono in consorterie di caste socialmente affini o di tipo parentale, governando il castrum sotto la direzione di un capo. 
Nel 1198, il duca svevo di Spoleto, Corrado di Urslingen, messo a governare la città dall'imperatore Barbarossa, si spottomise a Papa Innocenzo III, il quale favorì immediatamente nei centri del ducato una forma di amministrazione autonoma che portò alla nascita dei Comuni veri e propri.