Il territorio risulta abitato fin dai tempi più remoti, come testimoniano un tempietto rurale di origine romana, rinvenuto nel 1970, e le numerose tracce lasciate da Longobardi e Franchi.

Il primo documento in cui viene citato Frontone è del 7 luglio 1072, dove, fra le chiese dipendenti dall'eremo di Santa Croce di Fonte Avellana, viene annoverata quella di San Fortunato, edificata "presso il monte di Frontone".

La cittadina rimane fino al 1300 sotto il dominio di Cagli, viene poi conquistata dalla famiglia eugubina dei Gabrielli e quindi, nel 1420, entra a far parte del ducato di Urbino.

Nel 1445 vi è un tentativo di conquista di Sigismondo Malatesta da Rimini, che viene scongiurato con un intervento diretto da parte di Federico da Montefeltro.

Proprio in seguito alla scampata minaccia, il signore d'Urbino dà incarico a Francesco di Giorgio Martini di operare importanti opere di potenziamento della preesistente rocca.

Nel 1530 i Montefeltro cedono il territorio al nobile modenese Giovanni dalla Porta, ma in realtà Frontone rimane sempre legato ad Urbino, di cui ne segue le sorti, fino a passare, nel 1631, sotto il dominio dello Stato Pontificio.

E’ comune libero dal 1944.