En el entorno de Sonseca se han encontrado restos de comunidades calcolíticas y de la Edad del Bronce. En el paraje de El Horquillo, en la Dehesa de Villaverde, se han encontrado fragmentos cerámicos campaniformes y no campaniformes del Calcolítico final o transición al Bronce Inicial.[17] [18].
Durante la Segunda Edad del Hierro la zona quedó integrada en el ámbito de la Carpetania. Estos pueblos prerromanos se asentaron en cerros fortificados, practicaron agricultura cerealista avanzada y ganadería de ovicaprinos, y produjeron cerámica torneada y manual. Su cultura dominó la región hasta la llegada de Roma en 179 a. C.
Tras la conquista de la Carpetania en el año 179 a. C., la zona de Sonseca quedó incorporada al ámbito romano, quedando integrada primero en la provincia Tarraconensis y, tras la reforma de Diocleciano en el año 298, en la Cartaginensis, en el municipium de Toletum.[19] La zona contaba con una red de ramales secundarios que enlazaban con las calzadas Toletum–Corduba y Toletum–Emerita Augusta, facilitando la salida de productos como cereal, aceite y lana hacia los mercados del valle del Tajo. La economía local se transformó con una agricultura cerealista intensiva y la ganadería ovina, sustentadas en infraestructuras hidráulicas que aseguraban el riego.[20].
Sonseca ha sido además relacionada con el topónimo romano Vicius Viciarius, lo que indicaría la existencia de un asentamiento o vicus de carácter rural en la zona en la que actualmente se encuentra el núcleo urbano en época romana.[21] En el paraje de La Mezquitilla, en el prado homónimo, se han hallado restos de una gran villa rústica que de probable origen neolítico, estuvo activa como villa romana entre el Alto y el Bajo Imperio, organizada como un latifundio con zona residencial, graneros y lagares para la producción de vino, aceite y grano. Entre los materiales recuperados aparecen muros de mampostería, fragmentos de terra sigillata, ánforas y cerámica común, además de denarios de época de Adriano. Destaca una inscripción en piedra con el texto: “Bandu/e · It(obrigo ?) · Vic/iesi · ex / voto · Ti/omace · pos(uit)”, interpretada como “Tiomece puso este exvoto a Bándula”. A esto se suman las presas cercanas de la Alcantarilla y de Vallehermoso, infraestructuras destinadas a la regulación hidráulica y que abastecían a la ciudad de Toletum y a La Mezquitilla.[22].
El berebere Táriq ibn Ziyad, en su camino para dominar Toledo entró por Marjaliza y siguió por Arisgotas, Casalgordo, Sonseca, Layos y Argés, salvando el río Tajo y llegando a la ciudad.[23].
Tras la invasión musulmana de la península, Sonseca fue poblada por mozárabes y árabes, quienes construyeron la Torre Tolanca. Desde la Edad Media perteneció al señorío municipal de la ciudad, y vecinos y monasterios de Toledo tuvieron en la localidad numerosas propiedades, como el monasterio de Santo Domingo el Real.
En junio del año 1212, las fuerzas cristianas de Alfonso VIII parten desde Toledo camino de la Batalla de las Navas de Tolosa, por la actual Cañada de las Merinas"), pasando por Ajofrín, Sonseca, Arisgotas y Marjaliza, tras eso se dirigieron hacia el río Algodor.
En el año 1399, sabemos que se encuentra ligado a Casalgordo y Arisgotas formando un solo municipio, tal como vemos en una carta de Enrique III, en donde se hace referencia a «el conçejo de Sonseca e Arisgotas e Casalgordo.».
En 1629 adquiere el título de villa "Villa (población)"), tras endeudarse con importante cantidad, consiguiendo la independencia de Toledo, y fue así como pasó a la jurisdicción realenga.
Al no poder hacer frente a dichos pagos, en el año 1640 los habitantes de la población concretaron la venta del señorío, jurisdicción y vasallaje con el portugués Duarte Fernández Acosta, siendo este el primer señor del Señorío de Sonseca. Su hijo Álvaro tomaría posesión de la villa en 1641.
Aparece descrita en el tomo catorce del Diccionario geográfico-estadístico-histórico de España y sus posesiones de Ultramar de Pascual Madoz de la siguiente manera:.
Casalgordo, que hasta ese entonces había sido un municipio independiente, pasó a formar parte de Arisgotas en 1845, y finalmente fue incorporado a Sonseca en 1853, momento a partir del cual el municipio pasó a llamarse «Sonseca con Casalgordo», nombre que duró hasta bien entrado el siglo .[24][25][26].
Durante estos siglos, y sobre todo en el siglo se desarrolló su industria textil, durante el siglo se instalaron los primeros obradores de mazapán, y en la década de 1950 el emprendedor empresario Antonio Moraleda dio lugar a la extendida industria del mueble de Sonseca, sectores industriales principales del desarrollo del municipio.