I molti reperti archeologici testimoniano che la civiltà era presente nel territorio già in epoca preromana e romana. A questi si aggiungono vari toponimi di chiara origine latina e la disposizione di strade e fossati che ricalca la regolarità della centuriazione. Inoltre, esiste una tradizione che afferma che la comunità di Noale fosse stata evangelizzata da San Prosdocimo, primo vescovo di Padova, nel I secolo.Novalis crebbe d'importanza dopo il 1000 quando venne fortificata per divenire un avamposto militare di Treviso, poco lontano dal confine con la rivale Padova (rappresentato dal fiume Musone).
Nel XII secolo (1158) il castello divenne residenza dei signori Tempesta che avevano ricevuto la carica di "avogari", cioè difensori e amministratori dei beni temporali dei Vescovi di Treviso. I Tempesta eserciteranno tale ufficio fino alla fine del Trecento quando, dopo l'estinzione del ramo legittimo, subentrarono gli Azzoni.
Nel (1339) i Tempesta consegnarono il Castello di Noale alla Serenissima che vi istituì una Capitaneria e, in seguito, una Podesteria. Sotto il governo francese la città divenne comune e, durante il successivo dominio austriaco, capoluogo di distretto. Nel 1853 subì un declassamento amministrativo in quanto città natale del patriota Pier Fortunato Calvi. Nel 1866 entrò con tutto il Veneto nel Regno d'Italia, passando dalla provincia di Padova a quella di Venezia
L'11 ottobre 1944 tra Zeminiana di Massanzago e Briana ci fu un importante combattimento tra la GNR e partigiani guidati anche da Bruno Eugenio Ballan.
Il 9 novembre 1999, con decreto del Presidente della Repubblica Ciampi, Noale ha acquisito il Titolo di Città