Atapuerca ha jugado un papel muy importante en la protohistoria del hombre puesto que en este lugar se localizaron los restos del Homo Antecesor, el hombre más antiguo de Europa.
El concejo de Atapuerca se configuró hace once siglos en torno a un suelo concreto y de acuerdo con unas normas de vida comunes, referidas a religión, patria, justicia, lengua, economía, etc. Atapuerca es fruto del empeño por recuperar la España perdida a manos de los árabes en el año 711. A finales del siglo IX, los castellanos aparecieron por el Alto Arlanzón. En el año 884 se puebla la ciudad de Burgos y en el 899 ya hay monjes en Cardeña.
La vida de Atapuerca se empieza a documentar el 5 de julio del año 963, en el monasterio de San Pedro de Cardeña. En esta fecha doña Fronilde hace una importante donación al abad y monjes de Cardeña y señala los límites geográficos de la población: desde Villafría sigue una línea que sube por el río Vena y desde éste "por lo alto de la Sierra de Atapuerca continúa hasta la iglesia de San Vicente que está sobre la Cueva y sigue directamente el camino que llega al Arlanzón".
La grafía que emplea el escribano en el año 963 es "adtaporka". Atapuerca es este año una villa que pertenece al alfoz de Arlanzón y a la Merindad de Montes Oca-Rioja.
El 1 de septiembre de 1054 es una fecha destacada en la historia de Atapuerca ya que tiene lugar la famosa batalla de Atapuerca que enfrentó a los reinos de Castilla y Navarra debido a la falta de acuerdo en el cambio de fronteras producido tras la muerte de Sancho III, el Mayor. En esta contienda se enfrentaron dos hermanos, el rey García de Navarra y Fernando de León y Castilla. La paz no fue posible a pesar de la intervención de cuatro abades santos: Íñigo, de Oña; Sisebuto, de Cardeña; García, de Arlanza y Domingo, de Silos. En la batalla (representada todos los años por los habitantes de la villa) murió el rey García de Navarra y el reino de Castilla continuó con la recuperación de viejos territorios.
El 18 de 1068, el rey Sancho II, decidido a restaurar en Burgos la sede de Oca, determina formar una masa de bienes de importancia para dotar a la futura sede. Y entre esos bienes figuran las dos iglesias con todas sus pertenencias que hay en Atapuerca. Este documento está firmado por personajes tan insignes como el Cid Campeador y su padre Diego Rodríguez.
Otro hecho que influye en la historia de Atapuerca es el Camino de Santiago. Los peregrinos venían de Agés, atravesaban el poblado, saludaban a los santos de la iglesia y ermita y recibían algún socorro en el hospitalillo de San Juan. Luego encaraban la serrezuela y en la llanada que seguía al descenso se unían con los que habían caminado por Ibeas.
En el siglo XII, el 18 de octubre de 1158, el emperador Alfonso VII, durante la fiesta que celebra en honor a San Lucas en Villafranca Montes de Oca, dicta una solemne carta de donación y fuero que cambia el régimen de la villa. En este documento, Alfonso VII confirma la donación que ya hiciera su madre, la reina doña Urraca, de la villa de Atapuerca a la Orden Militar del Hospital de San Juan de Jerusalén, hoy Orden de Malta. El emperador dona la villa con todas sus pertenencias a fray Pelayo Ruiz y a su Orden. Atapuerca pasa así del dominio realengo al eclesiástico.
Pero en esa carta, Alfonso VII añade unas cláusulas forales que garantizan los derechos de los vecinos de Atapuerca y que regulan las relaciones del Concejo y la Orden Militar. La villa gozará de exención total de fonsado, montazgo y portazgo. La llamada mañería queda reducida a un pago casi simbólico. El documento establece que los propietarios de fincas debían hacer cuatro días de serna en favor de la Orden y el juez que lo regulara y administrara debía ser nombrado por la misma orden. De cualquier manera los vecinos eran libres de marcharse o vivir en Atapuerca o Quintana de Atapuerca o vender sus haciendas e irse a otros lugares. En el fuero también se decía que Atapuerca pertenecía al Alfoz de Lara.
La soberana Orden instituyó una encomienda gobernada por un caballero-monje comendador. Se sabe que en el año 1191 este cargo lo ocupaba fray Martín Pinto.
No se ha podido precisar el tiempo que Atapuerca estuvo en posesión de la Orden Militar de San Juan. La ausencia de Atapuerca en la relación de préstamos del obispado de Burgos (hacia 1250) y también del "Libro famoso de las behetrerías" (1350) hace pensar que vivió al régimen relativo de la Orden hasta el siglo XVI.
En 1591, Atapuerca aparece en el censo formando merindad con otros 18 pueblos, llamada Montes de Oca y sumando 592 vecinos, unos 3.000 habitantes. En el siglo XVIII la villa figura en el realengo.
En 1843 Atapuerca cuenta 203 habitantes y el caserío está presidido por la iglesia de San Martín. Además la villa posee una escuela primaria, cuyo maestro percibe 200 reales y 24 fanegas de pan.
En 1950 sus habitantes ascienden a 260. Quintana de Atapuerca, hoy absorbido por la villa, estuvo emplazado a un kilómetro al noroeste en el pago que hoy siguen llamando La Quintana.