Nota località termale della provincia di Pisa, i primi insediamenti della zona di San Giuliano Terme risalgono al Neolitico, ma sono stati gli Etruschi ad avviare l'attività estrattiva del marmo ed a scoprire le sorgenti termali.
Nel 1112 la contessa Matilde di Canossa provvede a finanziare il restauro delle terme e nel Trecento il borgo viene fortificato ad opera del condottiero Castruccio Castracani che fece erigere anche un torre, distrutta dai Lucchesi nel 1397 durante un assedio.
Passata sotto il controllo di Firenze, San Giuliano Terme vive un momento di decadimento e progressivo impaludimento delle terre, al quale tenta di porre rimedio Cosimo de' Medici. Ma saranno i Lorena a ridare nuovamente splendore agli impianti termali ed a completare l'attività di bonifica.
Tra le architetture religiose della città menzioniamo l'Eremo di Rupercavo, nelle cui grotte fu istituito un refettorio per i monaci e sembra vi sostò anche Sant'Agostino, la Pieve di Santa Maria e San Giovanni (1050), il Monastero di San Paolo (1086), la Pieve di San Marco, gioiello architettonico dell'VIII secolo, giunta a noi pressocchè intatta con all'interno una bella vasca battesimale decorata a bassorilievi, la romanica Pieve di Santa Maria Assunta e la suggestiva Chiesa di Santa Maria di Colle Mirteto (IX secolo).
Numerose sono anche le ville gentilizie, come Villa Roncioni, già menzionata nel XV secolo, Villa Dal Borgo (1700), Villa Le Moline (1500), Villa Berni Studiati (1500), Villa Agostini Generosi della Seta, Villa Mazzarosa Prini Aulla (1700), Villa Medicea (1500), Villa Tadini Buoninsegni (residenza di caccia di Lorenzo il Magnifico) e Villa Poschi (1700).