Il nome deriva dalla presenza di sorgenti termali sul Colle Garufo che alimentavano un complesso termale (calidarium). Numerosi reperti romani di varie epoche, trovati prevalentemente nella zona sottostante l'abitato di Pievefavera, avvalorano l'ipotesi dell'esitenza del sito già in periodo tardo repubblicano. Dopo le vicende della guerra gotico-bizantina ritroviamo il Castrum Caldarolae nel IX secolo di proprietà dell'Abbazia di San Clemente in Casauria e nel 1240 unita a Camerino. Dopo alterne vicende passò definitivamente alla Chiesa nel 1545.
La Cittadina crebbe notevolmente dopo che Evangelista Pallotta divenne Cardinale al seguito di Sisto V, spostando l'abitato nella zona sottostante il castello feudale. A lui si deve l'attuale impianto urbanistico sistino e il bel Palazzo Pallotta. Fu patria dei
De Magistris, animatori di un'importante scuola pittorica marchigiana dei sec. XVI e XVII.
Nei dintorni di Caldarola vanno segnalate le frazioni di Valcimarra, Pievefavera, Croce e Vestignano, antichi castelli inseriti in uno scenario naturale di straordinaria bellezza.