El municipio de Penagos tiene raíces muy antiguas que se remontan a los tiempos del Paleolítico, como lo demuestran restos arqueológicos encontrados en Cabárceno. Sin embargo, su historia documentada empieza a destacar en la Edad Media.
Durante la batalla de las Navas de Tolosa (1212), los habitantes del valle recibieron del rey Alfonso VIII el título de “Real y Leal Valle” por su lealtad y valentía. En siglos posteriores, se les reconocieron más méritos, como su participación en la batalla del Salado (1340), ganando privilegios fiscales como la exención del impuesto de la sal.
El crecimiento del municipio se consolidó en el siglo XVIII, cuando se unió a los llamados “Nueve Valles” que formaron la provincia de Cantabria. Finalmente, Penagos se convirtió en un municipio moderno en 1822. Hoy, es un lugar que combina su pasado rural con el turismo, especialmente gracias al Parque de la Naturaleza de Cabárceno, que ha transformado su paisaje minero en un espacio único.
Tras casi tres milenios de explotación por el hombre, la herencia es un paisaje dominado por formaciones kársticas, irregulares, encrespadas, rojizas, resultado de la disolución de la roca caliza, con un particular ecosistema caracterizado por la presencia de especies bien adaptadas a esas condiciones de aridez edáfica, con abundante presencia de encinas y laureles. Aquí se ubica, sobre 750 ha el Parque de la Naturaleza de Cabárceno, cuya instalación supuso la recuperación medioambiental de un espacio profundamente degradado por la explotación minera, en donde más de mil animales de los cinco continentes conviven en semilibertad.
Los yacimientos encontrados en la cueva de la Peña (Llanos) y las minas de Tobolina y Crespa (Cabárceno) sitúan los primeros habitantes de la zona en el periodo Paleolítico Superior. En periodo romano comenzaron a explotar las minas de hierro de Cabárceno
El Conde Gundensindo cede algunos edificios (monasterios, iglesias y villas) a San Vicente de Esles todo esto queda documentado en el año 816, entre ellos encontramos la iglesia de San Vicente de Cabárceno, Santa Eulalia y San Jorge de Penagos y San Martín de Sobarzo. Estos edificios fomentan el asentamiento de población en torno a ellos, configurándose un núcleo urbano en la zona terminando el primer milenio.
En el año 1019, Cabárceno y Penagos aparecen es escritos de un testamento de la Abadía de Santillana como localidades pertenecientes a las Asturias de Santillana.También aparecen en escritos del Libro de las Merindades de Castilla sus habitantes en el año 1351 por escoger a su señor. También por estos testimonios escritos sabemos que el señor de Cabárceno y Penagos era en 1404 Pedro González de Agüero y en Sobarzo la autoridad la tenía Leonor de la Vega.
Finalizando el siglo XIV la Casa de la Vega se hace con el poder del valle de Penagos (señorío que se consolidó en el año 1444 por las provisiones reales que le otorgó Juan II al Marqués de Santillana). Esta expansión se llevó a pleito(s. XVI) pues generó gran resistencia, concretándose en el Pleito de los Valles, con el que se consiguió que volviera a la corona en el año 1581.
Penagos fue uno de los municipios que formó parte de los nueve valles de las Asturias de Santillana, en el que escogían a sus propios alcaldes (debido a privilegios que le otorgó Felipe IV en 1630) y en el que aprobaron la legislación de la provincia de los Nueve Valles (sancionado por el rey Carlos III en 1779).