Las primeras evidencias arqueológicas del actual emplazamiento de Sarrión datan de época ibérica, asentándose posteriormente en su parte más alta el enclave musulmán de «Surriyun». En 1202 ya aparece citado Sarrión cristiano. Tras la adopción de nuevas medidas repobladoras en 1262, con las que se amplió sustancialmente su superficie, se convirtió en una de las principales poblaciones de la Comunidad de Teruel, con 497 vecinos fiscales (más de mil habitantes) en 1342.
Su núcleo más antiguo (de inicios del siglo XIII) se asienta sobre la parte más alta del cerro, en el que se situaba el castillo y la iglesia (actual ermita de la Sangre de Cristo). Poseía un trazado urbano basado en viarios radiales y concéntricos.
Durante la segunda mitad del siglo XIII e inicios del XIV se ampliará el espacio urbano, ocupando la práctica totalidad de la loma, con un trazado que integra los antiguos ejes, pero intentando imprimirle una traza más ortogonal. El centro urbano se desplazará hacia la actual plaza de España, en la que se instalaron las casas consistoriales y la capilla de la Virgen de Mediavilla (documentada a inicios del siglo XIV y que fue sustituida por la actual parroquial). La nueva trama urbana quedó definitivamente fijada y consolidada con la construcción del nuevo recinto murado, en el primer cuarto del siglo XIV. Para este momento se dispone de referencias históricas a la existencia de una comunidad judía, aunque se desconoce su implantación en el entramado urbano.
Entre las estructuras medievales conservadas destaca la ermita de la Sangre de Cristo (antigua iglesia parroquial), el portal de Teruel (integrado en el recinto amurallado), el palacio de Ventivilla (siglo XV) y el antiguo Convento de la Merced (documentado desde 1242).