L'origine del paese risale alla seconda metà del X secolo, quando la gente dei paesi limitrofi, a causa delle scorrerie saracene, aveva trovato rifugio nelle numerose grotte delle gravine presenti nella zona. L'abitato comincia quindi a svilupparsi intorno alle grotte e, divenuto popoloso, viene assegnato in feudo agli arcivescovi di Taranto da Roberto il Guiscardo. La profonda fedeltà verso gli arcivescovi di Taranto spinse gli abitanti di Grottaglie nel 1257 a ribellarsi agli svevi, scomunicati dal papa, subendo la rappresaglia ad opera di Manfredi. Alla fine del XVI secolo Grottaglie, ritornata sotto l'amministrazione arcivescovile, vi rimane per tutta l'epoca feudale fino al 1806 quando Napoleone abolì i diritti feudali. Grottaglie cominciò ad essere munita di fortificazioni dal 1388 ed il castello fu costruito dai vescovi tarantini feudatari del posto dove stabilirono la loro sede.

Lo sviluppo del borgo subisce, in seguito, rallentamenti a causa dell'insorgere di aspri dissidi con i feudatari di Martina Franca che pretendevano l'usufrutto sulle rendite di tutto il territorio di Grottaglie arrecando pesanti disagi economici alla popolazione.