Die Ursprünge Dörlesbergs reichen bis in die Zeit der Kelten zurück. Im Laufe der Geschichte hat der Ort jedoch mehrfach seinen Namen gewechselt.

Dörlesberg wurde erstmals 1102 in den „Triefensteiner Traditionsnotizen“ erwähnt, die Besitzerwerbungen und Schenkungen des Stiftes Triefenstein zu dessen Gründung dokumentieren. In diesen werden auch die Güter in Dörlesberg als Teil der Grundausstattung des Stiftes genannt, die durch den örtlichen Pfarrer bewirtschaftet werden.

Spätere schriftliche Erwähnungen finden sich 1167 mit „Reinherus de Dorligsbur“ in einer Urkunde, deren Echtheit jedoch umstritten ist. Einige Jahrzehnte später erwarb das Kloster Bronnbach Besitzungen in Dörlesberg von verschiedenen Adligen, darunter den Herren von Zimmern, Arnold von Uissigheim und den Grafen von Wertheim. Kurzzeitig betrieb das Kloster Bronnbach in Dörlesberg eine Grangie (Wirtschaftshof der Zisterzienser), die jedoch 1238 wieder aufgelöst wurde.

Das Patronatsrecht der Dörlesberger Pfarrkirche lag bis 1543 beim Stift Triefenstein, bevor es nach Streitigkeiten an das Kloster Bronnbach überging. Während der Reformation wurde Dörlesberg ab 1553 protestantisch und die Grafen von Wertheim übernahmen die Ortsherrschaft. Nach weiteren Auseinandersetzungen fiel Dörlesberg 1672 wieder an das Kloster Bronnbach zurück, und 1674 wurde die Rekatholisierung verkündet.
Im Zuge der Säkularisation des Klosters Bronnbach fiel Dörlesberg 1803 an die Fürsten von Löwenstein-Wertheim-Rosenberg und wurde 1806 Teil des Großherzogtums Baden. Bis 1938 gehörte Dörlesberg zum Amt Wertheim, danach zum Landkreis Tauberbischofsheim, bevor es 1972 nach Wertheim eingemeindet wurde.

Während so Dörlesberg so lange Zeit stark landwirtschaftlich geprägt war, wurde es auch von der Industrialisierung beeinflusst. Heute sind die meisten Bewohner in der Industrie der nahegelegenen Kernstadt oder in lokalen Betrieben tätig. Nach der Eingliederung in die Stadt Wertheim am 1. Dezember 1972 wurden zahlreiche bautechnische und infrastrukturelle Maßnahmen umgesetzt, die zukunftsweisend für das Dorf sind. Dazu gehören die Ausweisung mehrerer Neubau- und Gewerbegebiete. Im Rahmen einer Fördermaßnahme wird besonders auf die Sanierung von Gebäuden innerhalb der Kernzone des Altorts geachtet. Mit dem Programm „Flächen gewinnen durch Innenentwicklung“ konnten bereits einige Anwesen mit steuerlicher Förderung saniert werden. Somit hat Dörlesberg heute praktisch keinen Leerstand im Altort.