L’ancien nom de Fayence, Fagentia, est mentionné pour la première fois en 909, dans une charte de l'abbaye de Cluny. Il proviendrait du latin Fagus (hêtre), massivement implanté dans la région et utilisé par les Romains comme bois de construction. Par crainte des invasions, l'évêché de Fréjus fait construire un château au sommet de la colline. Le lieu devient alors un lieu de villégiature particulièrement prisé, et Fayence se développe autour de la résidence cléricale. Mais en 1710, monseigneur de Fleury, évêque de Fréjus, futur précepteur et ministre de Louis XV ordonne le démantèlement du château.
Au XIXe siècle, l'économie locale connaît un net ralentissement. La production oléicole souffre de l'accumulation de mauvaises récoltes et de la concurrence croissante des huiles espagnoles et italiennes. Les vignes sont quant à elles ravagées par le phylloxéra.
Malgré cela, et un exode rural massif au profit des villes côtières, la municipalité entreprend de gros travaux d'embellissement: restauration de l'hôtel de ville, percement de l'avenue Gambetta, ouverture de la première école privée pour filles en 1845.
C’est à cette époque que Fayence développe aussi son approvisionnement en eau. En effet, depuis toujours, le village était alimenté par le Ray ou la Tuyère. Ce n'est qu'en juin 1891, qu'un décret présidentiel "déclare d'utilité publique le prolongement de l'extension du périmètre arrosable du canal de la Siagnole sur le territoire des communes de Fayence, Tourrettes, de Callian et de Montauroux ".
Après l’achèvement de la liaison ferroviaire avec l'Italie par Toulon et Nice en 1868, une autre ligne, censée rapprocher des ports du littoral les zones agricoles de l'arrière-pays, voit le jour en 1888, entre Meyrargues, près d'Aix-en-Provence, et Draguignan. Quatre ans plus tard, le Central Var traverse le canton de Fayence en reliant Draguignan à Grasse.
La gare de Fayence est la plus importante du canton. Cependant, l’exploitation du Central Var n'est pas assez rentable, ce qui entraînera la fermeture de la ligne en 1950.
Créé en 1929, le terrain d’aviation situé sur les communes de Fayence et de Tourrettes sera utilisé jusqu'en 1945 pour des raisons exclusivement militaires. En 1948, le Club de Fayence-Tourrettes voit le jour. En 1966, le club change ses statuts et devient l'Association Aéronautique Provence Côte d'Azur « A.A.P.C.A." Aujourd'hui, le Centre de Vol à Voile est reconnu internationalement.