Anticamente fu pago romano, identificato con quel "Pagus Pilleus" della Pentapoli dove, verso il 739, i fedelissimi longobardi del re Liutprando furono disfatti dall'esercito romano-bizantino. Certo fu terra arimanna elevata a fortezza e lasciata alla Santa Sede quando Pipino il Breve (†768) donò la Massa Trabaria a S. Pietro. Il Castello di Peglio, già in parte feudo dei Benedettini nel 1185, fu destinato da papa Nicolò IV nel 1291 a residenza sicura del Rettore di Massa, durante le aspre contese tra i Montefeltro, i Della Faggiola, i Brancaleoni di Castel Durante, che ne furono infeudati nel 1334.
Il cardinale Egidio Albornoz ne reclamò la sudditanza alla S. Sede e proprio nel "girone del castello" il 20 febbraio 1357 ricevette la sottoscrizione di Urbino, al quale il Peglio passò definitivamente per concessione di papa Bonifacio IX al conte Antonio da Montefeltro. Sotto il regime feltresco e roveresco, con i propri statuti e come vicariato della di Casteldurante, restò fino al 1631 quando la stato di Urbino fu devoluto alla Santa Sede.
Nel 1779, durante la reazione antinapoleonica, partecipò attivamente ai moti, come in seguito alle guerre dell'Indipendenza. All'avvento dell'Unità d'Italia fu riconosciuto comune, assorbito durante il fascismo da quello di Urbania, e di nuovo indipendente dopo la Liberazione.
La sua chiesa arcipretale, dedicata al protettore S. Fortunato vescovo di Todi (14 ottobre), fu una delle pievi più antiche della diocesi urbinate.
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