L'origine du village de Chantemerle est l'édification d'un château fort, au 12e ou 13e siècle, autour duquel s'est développé un embryon d'habitat. La 1ère mention du "castrum" de Canta Merulis, dont le seigneur est Pons de Mondragon, n'apparaît dans les textes qu'en 1272 ; les habitants obtiennent des libertés et franchises en 1298. La seigneurie dépendait des Adhémar de Grignan, dont les armoiries sont sculptées sur une pierre remployée dans une maison du village. Le château fort était bâti sur la pointe nord-est du rocher qui forme une sorte d'amphithéâtre abritant le village. A la base de ce rocher de molasse, sont creusées des habitations troglodytiques, sans doute la 1ère forme locale d'habitat. Le château contenait une chapelle castrale, dédiée à Sainte-Magdeleine, à laquelle on accédait par un escalier taillé dans le roc. Ce bourg primitif, bâti sur un replat, était entouré d'une fortification dont il ne reste pas trace, mais la lecture des tracés cadastraux montre que l'enceinte dessinait une sorte de quadrilatère d'environ 75 m de côté ; la forme semi-circulaire de la parcelle située tout près de l'église, au sud, indique la base d'une tour, peut-être l'ancien donjon du château fort, dont les vestiges sont datables du 13e siècle ou du début du 14e. La chapelle Notre-Dame-des-Grâces permet de situer la porte principale sud-ouest ; cette chapelle, élevée sur les ruines d'une chapelle Saint-Antoine mentionnée au 16e siècle, fut fondée en 1707 "à la porte du village" et se trouvait à l'extérieur des murs. Les comptes consulaires du 17e siècle font état de réparations en 1675 au "grand portail de la place", ainsi qu'aux brèches du " barri " en 1610 et 1626 ; à cette époque, le village s'était donc étendu hors les murs à l'ouest, de part et d'autre du chemin que surplombe le rocher. Le prix-fait d'une fontaine est mentionné en 1613 ; on ne connaît pas son emplacement, mais il se peut que ce soit le même que celui du lavoir actuel, déjà porté sur le cadastre napoléonien (1835). C'est aussi au début du 17e siècle que l'église actuelle, qui serait construite sur l'emplacement de l'ancienne chapelle castrale, a remplacé et pris le vocable de l'ancienne église du prieuré Saint-Maurice, excentrée et démolie pendant les guerres de Religion. En 1676, le prieur fonde une école dans le village, probablement dans une dépendance du presbytère ou de la maison commune, qui étaient limitrophes ; au milieu du 19e siècle, Chantemerle possédait deux écoles, une pour les garçons et une pour les filles. La configuration du village a peu évolué depuis l'établissement du cadastre napoléonien, où deux croix de carrefour, au sud-est et à l'ouest, marquaient les entrées du bourg ; cependant, à l'intérieur du noyau ancien, bon nombre de constructions à l'ouest de l'église ont été démolies ou sont en ruines, tandis qu'à l'extrême fin du 19e siècle, l'ancienne place publique a été réduite au profit de la construction du groupe scolaire. Au début du 20e siècle, la municipalité a acheté une source pour augmenter l'adduction d'eau du village, déjà bien approvisionné auparavant, et qui dispose d'un lavoir, de deux fontaines principales et de plusieurs bornes fontaines. Après la guerre de 1914-1918, la commune a été l'une des premières à élever un monument aux morts au village, sur une parcelle donnée par M. Coustaury, en bordure de la voie communale n° 1. Dans la 1ère moitié du 20e siècle, le village comptait deux cafés, deux épiceries dont une avec boulangerie, un cordonnier et un maréchal ferrant. Aujourd'hui, le centre d'activité du village s'est déplacé au-dessus du rocher, à l'entrée est en venant de Grignan.