L’origine gauloise de Charleval est attestée par son ancien nom : « Noyon sur Andelle » . De l’époque mérovingienne, datent des sarcophages, mis à jour lors de l’agrandissement du cimetière en 1874. Les Normands ont défriché le Thuit et aménagé une position fortifiée le Câtelier en grande partie disparu lors de la construction du chemin de fer.

Le prieuré fondé en 1107 près de la chapelle St Martin et l’hôtel-Dieu contigu ont été détruits par Charles IX. Henri Ier duc de Normandie fit construire un château fort dont subsistent quelques vestiges sous l’actuelle salle Charles IX. Celle-ci faisait partie d’un logis provisoire construit afin d’accueillir le roi pendant la construction de son château qui ne fut jamais achevé. Sous l’Ancien Régime, Charleval était le siège d’un bailliage et fut chef-lieu de canton pendant la Révolution.

Dès le 18ème siècle, commence l’essor industriel. Une manufacture de laine (1720) et une fonderie d’or aux Jardins (1768) eurent une existence éphémère. La fabrique de toiles peintes de Martin Liesse à la Bove (1778) eut plus de succès. Bientôt neuf moulins s’échelonnèrent le long de la Lieure mais seule la fabrique de casquettes des frères Quesney a pris une dimension industrielle. Sur l’Andelle s’implantèrent des filatures de coton, à la Tannebrune (1819), au Pont d’Andelle (1820) et aux Jardins (1845) où Peynaud ajouta bientôt des métiers à tisser à sa filature tandis que Hilzinger créait une usine spécialisé dans le tissage à Transières (1860). Au 20ème siècle, le déclin de l’industrie textile a donné lieu à diverses reconversions.