Saturnia sorge arroccata sul colle che sovrasta la vallata delle terme nella Maremma collinare.
Le sue origini si perdono in un passato assai remoto, basti pensare che, con Tarquinia, Cortona e Terracina, sembrerebbe costituire l'impianto più antico della penisola italica. Fu centro dei Pelasgi come testimonia Dionigi d'Alicarnasso, poi gli Etruschi della cui civiltà restano i sepolcreti di Pian di Palma nella necropoli del Puntone ed alcuni tratti della cinta muraria, che distaccano nettamente da quella romana, per la particolarità delle ciclopiche pietre poligonali incastrate a secco l'una nell'altra (metodo di costruzione antisismico).
In epoca etrusca il nome fu Aurinia, derivante, con molta probabilità da Aureo, ed intesa per cui terra dell'abbondanza.

Antiche leggende la identificano con la Saturnia Tellus, una di queste narra che era la dimora del dio Saturno figlio di Urano e signore degli dei fino a quando uno dei suoi figli non lo avrebbe spodestato. La moglie di Saturno, Gea, ogni anno gli dava un figlio che egli stesso, per essere sicuro di annientarlo, divorava vivo. Quanto continuò quell'orribile banchetto, non è dato sapere, ma un giorno Gea mise al mondo Zeus e lo nascose in una grotta del monte Ida nell'isola di Creta: e così si compirono le profezie e Zeus divenne il nuovo signore dell'Olimpo.
La leggenda vuole che Saturnia, sorta dalle mani stesse del Dio, fosse addirittura la prima città Italica; tuttavia le prime testimonianze di vita attualmente ritrovate, risalgono alla seconda metà del VIII a.C. come testimoniato dai sepolcreti etruschi scoperti in loc. "Sede di Carlo".

Nel 138 a.C. vi fu dedotta una colonia civium romanorum, e fu probabilmente in questa circostanza che i suoi abitanti, secondo Plinio, da Aurini mutarono il loro nome in Saturnini.
Come gli Etruschi assorbirono l'insediamento preistorico, così i Romani si sovrapposero agli Etruschi rendendo un piccolo e poco importante insediamento rurale una vera e propria città.
Nel 280 a.C. fu conquistata dai Romani. Nell'82 a.C. ospitò Mario e fu devastata per rappresaglia dai Sillani.

Nel Medioevo, le sue misteriose origini, e la particolarità delle sue sorgenti solforose diedero adito a molte leggende. Si narrava che il diavolo uscisse da qui quando lasciava gli inferi, il territorio veniva descritto come un luogo dal quale sgorgavano acque stregate, che andavano a depositarsi in pozze fumanti e bollenti, diffondendo nell'aria un acuto odore satanico (zolfo). Le cronache del tempo ricordano convegni di maghi e di streghe, sortilegi e riti sabbatici.

In quest'era Saturnia conobbe anche le incursioni saracene.
Cadde poi nelle mani della Repubblica di Siena e divenne un covo di cospiratori e briganti, per questo la stessa Siena distrusse completamente l'abitato.

In seguito Saturnia seguì le sorti del resto della Maremma e finì sotto il Granducato di Toscana fino all'Unità d'Italia.

Nel '900 il paese ha mantenuto un'economia prettamente agricola ed ha visto sempre di più le sue campagne spopolarsi, questo almeno fino alla fine degli anni'70, quando l'incrementarsi del turismo termale e l'accrescersi della passione delle vacanze nella natura (alla fine degli anni'80) hanno rivitalizzato l'intera area donandole una nuova vocazione turistica, pur mantenendo intatti i valori e la quiete di una realtà agreste.