El nombre del pueblo parece provenir de la conjunción de las palabras “Torre” y “Silos”. La primera derivada de una torre de vigilancia que se ubicaría en el lugar y que posiblemente estuviera situada en el lugar que hoy ocupa la iglesia parroquial, por parecer el más idóneo para ello, aunque no queda ni el más mínimo resto que pueda confirmarlo.  La segunda parte del toponimio vendría dada por una serie de grandes pozos que se abrían en la tierra para almacenar el trigo.

Escasas son las noticias documentales que se disponen sobre el lugar.

En la Edad Media figura con el nombre de “Oterdesillas”

Toribio Minguilla recoge en su "Historia de la Diócesis de Sigüenza y sus Obispos" el censo que en el año 1353 se realiza de todas las parroquias de la Diócesis, y en la que figura la parroquia de Tordesilos servida por tres beneficios con una renta anual de 430 maravedís: "enla eglesia de oterdesillas ay tres beneficios vale el uuno coola cura cient mrs. e los otros dos beneficios prestameros vale el un beneficio de renta 180 mrs. e el otro vale de renta 140 mrs. su. CCCLXXX mrs".

Francisco Núñez en su obra “Archivo de las cosas notables de esta leal villa de Molina” escrita en el siglo XVI, nos dice que la iglesia de Tordesilos fue aneja de la de San Miguel de Molina hasta 1.510.

Gregorio López la Torre Malo, en su "Chorográfica descripción del muy noble, leal, fidelíssimo y valerosíssimo Señorío de Molina", escrita en el siglo XVIII, dice de Tordesilos: "es lugar antiguo, fu nombre de torre y silos. Tiene unos pozos para guardar trigo y una iglefia buena con una capilla de la Familia de los Malos. De efte lugar era el Padre Pedro Blafco, Prepofito de los Clérigos Menores de Calatayud que murió en opinión de fantidad en 15 de diciembre de 1681 como refiere el Padre Fernando Palacios, Hiftoria de nueftra Señora de la Peña, cap. 20".

El episodio histórico más relevante que se ha producido en el término de Tordesilos durante toda su historia, se desarrolló en 1.285, en el paraje conocido como desde entonces como “La Matanza”. Aquí Doña Blanca, señora de Molina, presentó batalla con sus caballeros a una partida de aragoneses que desde Albarracín habían penetrado en el Señorío molinés por Alustante, y que fueron detenidos y prácticamente aniquilados, según la leyenda, en este lugar.

Este hecho lo recogen Jerónimo Zurita en sus Anales de Aragón, Libro IV, Capítulo LXX, donde dice: "En aquella misma sazón don Jimeno de Urrea, don Lope Ferrench de Luna y don Artal y don Ruy Ximénez de Luna y Diego Pérez de Escorón que estaban —como dicho es— con gente de pie y caballo en la frontera de Albarracín contra don Joan, entraron a correr tierra de Molina; y fueron en busca de don Joan y de su gente: y hubo entre ellos un gran rencuentro en el cual la gente de don Joan fue desbaratada y vencida y él se escapó por gran ventura con harto peligro. Y fueron siguiendo el alcance y hicieron de aquella entrada mucho daño por los lugares de su comarca que seguían la voz de don Joan. Retrayéndose para Albarracín, como la gente de pie viniese desmandada y sin orden ni concierto alguno, los de Molina y de sus aldeas salieron contra ellos; y mataron muchos y les tomaron la presa que traían, teniendo todos guerra contra don Joan y no se recelando de los de Molina; porque la guerra se hacía contra las gentes y vasallos que estaban en la obediencia de don Joan, y Molina era de doña Blanca —que fue hija del infante don Alonso hermano del rey don Fernando que casó con la señora de Molina; y esta doña Blanca fue mujer de don Alonso hijo bastardo del rey don Alonso—; por esta causa los concejos de Albarracín, Teruel y Daroca desafiaron a los de Molina y a los otros lugares de aquellas fronteras".

Justo en este enclave se situó un antiguo caserío propiedad durante siglos a la familia de los Malo de Marcilla del que habla el citado López de la Torre Malo: "La Matanza es una cafería de la familia de los Malos entre Tordefilos y Tordellezgo; fu nombre por una batalla en que fueron vencidos los aragonefes por los del Señorío año de 1285".

Cuando a finales del siglo XIX se desintegró el arciprestazgo de Molina en varios arciprestazgos, Tordesilos se presenta como cabeza de uno de ellos y agrupa a buena parte de los pueblos de la Sexma del Pedregal, a todos los de la Sexma de la Sierra y  a algunos de la del Sabinar.

Como lugar de realengo siempre perteneció al Común de Villa y Tierra de Molina, participando en sus Juntas Generales, donde sus representantes coupaban el segundo asiento de la Sexma del Pedregal, a la cual pertenece.

En su término se sitúa el despoblado de “Villalpardo” a unos 3.000 metros al Noroeste del pueblo, unos 300 metros a la izquierda del camino de Tordesilos a Tordellego.

También dentro de su término se encuentra parte de Sierra Menera, importante yacimiento de hierro a cielo abierto, de cuya importancia ya nos habla Diego Sánchez Portocarrero en su “Historia del noble y muy leal Señorío de Molina”, publicado en el siglo XVII donde dice que: “cerca de Setiles y Tordesilos, lugares del Señorio a la raya de Aragón, ay una gran montaña y inagotable mina deste metal para las muchas herrerías y fábricas deste distrito y de otros, mas sin ésta que es muy rica, se descubren otras en diuersas partes, pero no ay necesidad de beneficiarlas”.

Es posible, y sobre esto si que no existe ninguna referencia, salvo la leyenda oral, transmitida de generación en generación, que en las inmediaciones de la Fuente de Celemilla, se ubicase un pequeño poblamiento que se remontaría a época de dominación musulmana del territorio. En el promontorio que se encuentra junto a la balsa que forma la fuente, existen ruinas que denotan que en algún momento dado fue habitado, incluso es casi seguro que hubiese un asentamiento de época celtíbera, ya que el lugar es propicio para ello y hay abundacia de restos cerámicos. También se encontró en su base una especie de gran aljibe subterráneo que por la forma, parecía de época árabe. En fin, aquí queda como anécdota está circunstancia, así como el dicho que ha dado pie a pensar en la existencia de poblamiento en el lugar, lo pronunció un musulmán cuando tuvo que abandonar el terreno durante la reconquista y dice: “Celemilla, Celemilla, cuando te volveré a ver, he dejado un tesoro escondido debajo de la piel de un buey”.