Im habsburgisch-österreichischen Urbarbuch wird Werthenstein erstmals erwähnt. «Werdenstein» war damals aufgeteilt in ein Neu- und ein Alt-Werdenstein. Alt-Werdenstein nannte man das Gebiet am Ruswilerberg mit dem Zwinghof Sigigen und der Wehranlage bei der Dieteney. Alt-Werdenstein befand sich im Besitz der Herren von Schwanden. Die Burg zu Neu-Werdenstein gehörte den Herren von Rothenburg und wurde wahrscheinlich 1386 von den Luzernern zerstört.
Aus dem Jahrzeitenbuch 1509 von Malters wurde die Gemeinde Schachen erstmals urkundlich erwähnt. 1630 erfolgte die Gründung des Franziskanerklosters in Werthenstein. Dieses Kloster wurde dann aber 1838 wieder aufgehoben und von 1840 bis 1848 dienten die Klosterräumlichkeiten als kantonale Taubstummenanstalt. Im Jahre 1808 wird Werthenstein eine eigene Pfarrei, denn bis 1657 gehörte Werthenstein zur Pfarrei Ruswil und später zur Pfarrei Wolhusen.
Schwanden kannte ein eigenes Hofrecht. Mit der zunehmenden Bedeutung von Werthenstein als Wallfahrtsort verlor mit der Zeit der Hof Schwanden seine Beachtung. Schliesslich wurde ab 1815 Werthenstein als offizieller Name in die Kantonsverfassung eingetragen. Auch der Flecken Markt war eine selbstständige Gemeinde. Seit jeher gehörte er – wohl wegen des Brückenzolls – zum Entlebuch. Der Vogt Peter von Thorberg beabsichtigte sogar, in diesem Flecken eine Stadt zu bauen und ihr den Namen «Grünenberg» zu geben. Die Schlacht bei Sempach (1386) machte diesen Plänen ein jähes Ende. Immerhin behielt der Markt das traditionelle Marktrecht bis zum heutigen Tage.
Im Jahre 1853 wurde Wolhusen-Markt mit Werthenstein vereinigt. Nach dem grossen Brand vom 6./7. März 1876 im Flecken Wolhusen-Markt erfolgte dann knapp 13 Jahre später auch noch die Einverleibung der Gemeinde Schachen in die Gemeinde Werthenstein. Schachen musste damals aufgrund der grossen Armenlasten seine Selbständigkeit aufgeben. Die heutige Konstellation der Gemeinde Werthenstein mit den drei Gemeindeteilen Wolhusen-Markt, Werthenstein und Schachen besteht also seit 1. Januar 1889.
Weitere historische Ereignisse sind: 1906 der Brand des Kurhauses Farnbüelbad, die Hochwasserkatastrophen in den Jahren 1917, 1990 und 2005, der Bau eines eigenen Gemeindehauses in Wolhusen-Markt im Jahre 1957 mit Um- und Ausbau im Jahre 1999, Schulhausbauten 1969 in Wolhusen-Markt und 2004 in Schachen, Einweihung der Rümlighalle Schachen im Jahre 1990, Beginn der Industrialisierung im Jahre 1973 in Schachen und die Verkäufe der ehemaligen Schulhäuser Farnbüel (2005) und Werthenstein-Oberdorf (2012).