Grazie a condizioni insediative particolarmente favorevoli per l‘epoca preistorica, la valle è stata florida per tutto il periodo paleolitico. Non solo era abitata soprattutto da cacciatori, ma sappiamo che svolse un ruolo di collegamento e crocevia tra l’area tirrenica e quella adriatica.
Il popolamento etrusco, nel Casentino, tende a dislocarsi in piccoli centri (come a Masseto). Situazione diversa in Valtiberina, dove invece si assiste alla formazione dei primi centri protourbani (fra i quali Trebbio, a Sansepolcro). Gli insediamenti si trovavano in particolar modo sulla media collina. Erano per lo più centri produttivi che lavoravano i metalli (rame e ferro) estratti dai Monti Rognosi.
In età repubblicana si verifica un’intensa occupazione del comprensorio, con insediamenti che tendono a disporsi a controllo del territorio e lungo le principali direttrici viarie, sia nel Casentino (tra Arezzo e il Valdarno) sia in Valtiberina (in particolare lungo il corso del Tevere). Durante l’intera epoca romana s’intensifica invece l’economia “della selva” fatta di allevamenti e transumanze.
Il comprensorio, infine, non è risparmiato dai conflitti. Nei primi secoli altomedievali, infatti, è territorio di scontri e contrapposizioni fra Bizantini, Goti e Longobardi, che attestano la loro presenza attraverso una rete di fortificazioni disposte sulle alture.
Però è solo con i Medici che nelle alte valli dell’Arno e del Tevere si completa l’unificazione amministrativa e si creano le due piccole regioni Casentino e Valtiberina; conche che – dall’età antica in poi – acquisiscono la funzione di naturali corridoi di comunicazione.
Con la riforma comunitativa (1774), Pietro Leopoldo riunì le tante piccole comunità in 13 enti: Chiusi della Verna, Poppi, Bibbiena, Castel San Niccolò, Pratovecchio, Stia, Castel Focognano, Ortignano, Raggiolo, Montemignaio, Chitignano, Capolona e Subbiano. In Valtiberina, nel 1772, rimasero solo i Vicariati di Sansepolcro (che aggregò Anghiari) e Pieve Santo Stefano.
Dopo varie fasi riorganizzative, l’unità amministrativa delle vallate è stata recuperata nel 1971 con l’istituzione delle Comunità Montane di Casentino e Valtiberina, oggi sostituite da unioni di comuni.