La "Fractella" de época medieval aparece mencionada por primera vez, de forma indirecta, en un documento en el Becerro I de Sahagún del año 989, donde también se encuentra el primer documento que habla directamente de la localidad, fechado en 1048. Sin embargo, su origen es anterior como lo atestiguan los restos aparecidos en su término municipal, principalmente de época romana, aunque también hay algunos de la Edad del Bronce.
En 1352 Frechilla es lugar de behetría según consta en el Becerro de las Behetrías confeccionado en ese año. Tiene por naturales a los Lara, Vizcaya, Tellos, Pedro Ruiz de Villegas, hijos de Pedro Ruiz de Sarmiento, Pedro Ruiz Carriello, hijo de Diego Pérez Sarmiento e hijos de Juan Álvarez de Osorio. Pagan al rey martiniega, servicios y monedas, pero no fonsadera, mientras que el señor recibe 280 maravedís en concepto de martiniega. Asimismo dan al adelantado del rey 24 maravedís anualmente y otros 6 de entrada a merino del rey.
En 1489 aparece como señor Don Fadrique Enriquez, Almirante de Castilla. El importe de las alcabalas que se cobran en 1514 asciende a 217.140 maravedís.
A primeros de enero 1521, un capitán del ejército de Acuña al frente de 300 hombres, asalta la localidad con la intención de capturar al Licenciado Francisco de Lerma, Alcalde Mayor del Adelantamiento de Campos, quienes apresan a su esposa y criados al haber huido éste. Meses más tarde, en vísperas de la batalla de Villalar, Frechilla, al igual que otras poblaciones de la comarca, suministra víveres al ejército imperial al mando del Condestable de Castilla con el fin de ganarse su favor y evitar mayores contribuciones de guerra.
Según los datos del Censo de Pecheros confeccionado en 1528, el número de vecinos pecheros asciende a 420 que pagan 86.630 maravedís. En 1591 figuran 571 vecinos, de los que 555 son pecheros y 16 pertenen al clero secular.
Un año más tarde, 1592, Felipe II otorga el señorío de esta villa y la vecina Villarramiel, así como el título de Marqués de Frechilla, a su sobrino Duarte de Braganza, segundo hijo de su prima Catalina, en cumplimiento de una promesa hecha en el momento de la toma de posesión como rey de Portugal.
Datos de 1631 señalan la existencia de 530 vecinos en la localidad, 1.027 personas, así como 1.851 cabezas de ganado menor y 537 de ganado mayor, con un consumo de 164 fanegas de sal anuales que obtienen de las salinas de Poza. No obstante considerando lo pagado por sisas el año anterior y el número de vecinos que tiene se le estima el uso de 1.000 fanegas, cantidad que es usada para el cálculo del pago por el servicio de millones. Pocos años después, en el vecindario que se realiza en 1646, Frechilla aparece con 426 vecinos.
El censo de 1712 indica la existencia de 273 vecinos, de los que 166 son pecheros, a los que hay que sumar 58 viudas consideradas como 29 vecinos y 78 pobres. Quedan excluidos como vecinos 16 mendicantes y 2 familiares de hidalgos
A mediados del siglo XVIII Frechilla es señorío de la Marquesa de Villena, cuenta con un vecindario de 294,5 vecinos (al contar cada dos viudas como un vecino), además de 15 eclesiásticos de los que 13 son beneficiados y dos capellanes. El caso urbano está formado por 325 casas habitables, 5 inhabitables y 8 solares.
En 1768 se confecciona el Censo de Aranda donde figura con una población de 1.191 habitantes, de los que 596 son hombres y 595 mujeres. Por esa fecha cuenta con 10 cofradías, 3 hermandades y 1 congregación en la localidad.
Como villa de señorío del Conde de Oropesa, en la provincia de Palencia y partido de Campos, aparece en 1787. De los 1.194 habitantes, 591 hombres y 603 mujeres, que forman la población hay 160 que son jornaleros, 30 artesanos, 18 criados, 12 labradores, 9 estudiantes, 8 fabricantes, 2 escribanos, 2 militares, 2 pertenecen a la inquisición, 1 abogado, 1 empleado del estado, 1 dependiente de cruzada y 1 hidalgo. Relacionados con la iglesia cuenta con 9 beneficiados, 3 de la Tercera Orden del Patrimonio, 2 acólitos, 1 teniente de cura y 1 sacristán.
Durante las navidades de 1809 la villa es saqueada por 4.000 dragones del ejército francés que causa grandes perjuicios en la población.
A mediados del siglo XIX el casco urbano lo forman 320 casas repartidas a lo largo de 16 calles y una plaza. Cuenta con 328 vecinos, que equivalen a 1.706 almas. Hay una escuela a la que asisten 160 niños en invierno que se reducen a 100 en verano, y una de niñas con 40 discípulas.
En 1883 la villa es cabeza de partido judicial en el que tiene importancia la industria manufacturera de mantas y bayetas. También hay fábricas de pergaminos, curtidos, harinas y chocolates, hornos de tejas, ladrillos y alfarería, y prensas para vino.
Los 357 edificios con que cuenta el casco urbano a primeros de 1888 se reparten entre 75 casas de un piso, 281 de dos y una de tres o más. En su término municipal hay otras 87 edificaciones, en su mayoría con la calificación de albergues. Tiene una población censada es de 1.332 habitantes de hecho y 1.338 de derecho.
De la antigua cerca que rodeaba la villa, hoy tan sólo queda su recuerdo y la forma ovalada de su casco urbano como bien puede apreciarse en una vista aérea de la localidad o en su plano urbano. Extramuros se encontraba el barrio del Arrabal separado por una laguna desaparecida al inicio del siglo pasado.
Estaba construida con gruesos muros de tapial, similar a otras localidades del entorno como Fuentes de Nava o Guaza de Campos, se conservó en su mayor parte hasta 1836. En 1850 únicamente quedaban algunos vestigios.
Se accedía a su interior a través de cuatro puertas y un portillo. Al Norte se situaba la puerta de San Miguel, al final de la calle del mismo nombre, junto a la cual se encontraban los secaderos de paños según se indica en el arrendamiento de los mismos de 1675. En 1881, a pesar de haber ya desaparecido, aparece mencionada en documentos catastrales como Portillo de San Miguel.
Al Sur, al otro extremo de la calle San Miguel, se encontraba la puerta de Santa María, junto al atrio de la iglesia, que contaba con un arco. Es mencionada en el pleito que sigue a principios del siglo XVII el Concejo contra el Alcalde Mayor Pedro Pajarro.
La puerta de la Calle Mayor se situaba al Oeste, al final de la calle que la da nombre. Muy cerca, también al Oeste se encontraba la puerta de Mediavilla, antigua denominación de la calle General Mola, aunque también se la conoció como Doña Urraca. Por esta puerta pasaban en el siglo XVII las procesiones que se celebraban el segundo día de rogativas.
El portillo de San Juan, situado al Noroeste, permitía el acceso a la calle homónima.
Era una muralla más para protegerse de bandidos o pequeños ataques que a prueba de ejércitos. Así, dos meses después de la batalla de Villalar, sirvió para detener a un grupo de antiguos comuneros que al enterarse de la presencia en Frechilla del Condestable de Castilla, se dirigió a la villa con las peores intenciones. En cambio, como se ha indicado anteriormente, no detuvo el asalto realizado a primeros de ese mismo año por el ejército comunero.
Tampoco resistió la acometida, en 1217, del ejército de Alvar Núñez, conde de Lara, que tras levantar el cerco de Autillo de Campos, donde se encontraba doña Berenguela, se dirigió a Frechilla donde destruyó la casa fuerte o palacio que tenía su enemigo, el mayordomo de la reina, Gonzalo Ruiz de Girón.
Este palacio puede ser el que donó el conde Rodrigo Gómez en 1126 al monasterio de San Pedro de las Dueñas junto con casas, solares, tierras, viñas, prados, pastos y eras con el fin de sanar su alma, y que desde mediados del siglo XII figura como posesión de la familia Girón.
Destaca en la localidad la imponente iglesia de Santa María, monumento histórico-artístico. Lo que hoy vemos corresponde a las obras de los siglos XVII y XVIII pues en 1533 sufrió un incendio. En su interior cuenta con un retablo mayor de estilo barroco, un calvario gótico del XVI en otro retablo, una buena sillería del coro y uno de los mejores órganos de la provincia.
Junto al Ayuntamiento se levanta la ermita de la Virgen del Coro, de la segunda mitad del XVII. Cerca del pueblo, a un kilómetro, se encuentra la ermita barroca de San Miguel, patrono de la villa, también del XVII.
La localidad también cuenta con más de una decena de palomares de distintas tipologías constructivas cerca del casco urbano.