Fränkische Gräberfunde zeigen Beilsteins Besiedlung um 800 n. Chr. auf. Seit 1268 war der Ort Lehnsbesitz der Herren von Braunshorn. Unter Johann von Braunshorn (1299–1346) erhielt Beilstein im Jahre 1309 von König Heinrich VII. Stadtprivilegien und wurde befestigt. Seit 1309 ist eine jüdische Gemeinde urkundlich belegt, deren jüdischer Friedhof oberhalb der Burg noch heute besteht. 1310 wurde die ehemalige Pfarrkirche gestiftet. Nach dem Aussterben des Geschlechtes von Braunshorn ging das Lehen 1360 an die von Winneburg über. Nachdem Kurtrier 1488 Beilstein in Besitz genommen hatte, belehnte es 1652 die Reichsgrafen von Metternich mit der Herrschaft Winneburg und Beilstein. 1689 erfolgte die Zerstörung der Burg Metternich („Die stolze Gemäuer“) durch französische Truppen. Ein Karmeliterkloster wurde 1636 gegründet (1803 aufgehoben), 1691 erfolgte die Grundsteinlegung der Karmeliter-Klosterkirche, die 1783 vollendet wurde. Im 17. und 18. Jahrhundert entstand das Ortsbild, welches bis heute weitgehend erhalten geblieben ist. Die Herrschaft der Reichsgrafen von Metternich endete im Jahr 1794 mit der Besetzung durch französische Revolutionstruppen. Von 1798 bis 1814 gehörte der Ort zum Kanton Zell im Rhein-Mosel-Département und war Hauptort einer Mairie. 1815 wurde der Ort auf dem Wiener Kongress dem Königreich Preußen zugeordnet und gehörte zur Bürgermeisterei Senheim im Kreis Zell. Seit 1946 ist er Teil des Landes Rheinland-Pfalz.