Los orígenes de Chalamera se remontan a la Edad del Bronce ya que se han hallado en su territorio más de una docena de restos de poblados antiguos: ilergetes, íberos, cartagineses, etc.
En el llamado Tozal Redondo se pueden encontrar algunas de las más antiguas herramientas y utensilios de cocina, entre otros, puntas de flecha de sílex y coladores de barro.
Cerca del Río Cinca se han localizado, gracias al hallazgo de monedas ibéricas de Bolscan y otras, poblados de diferentes épocas.
Y en El Castillo, monte que domina la población actual y que debe su nombre al castillo templario que existió en la Edad Media, abundan los restos de cerámica de varias culturas.
En cuanto al significado de su nombre hay diversas opiniones: algunas dicen que viene de un importante jefe árabe llamado Shalam, otras indican la palabra txalamera que significa campo de jaras y también, separando las sílabas de la palabra en dos grupos, sitio de ovejas y miel.
La primera mención escrita que se conoce data del año 1089 cuando el Rey Sancho Ramírez entregó al obispo de Roda, Raimundo Dalmacio, varias iglesias del Valle del Cinca. Se hace referencia, en dicho documento, a dos iglesias en el término chalamerense: Santiago y Santa María.
Santiago era de origen visigótico, en el camino de su nombre, utilizada por los mozárabes de la zona y consagrada en 1101 por Poncio, obispo rotense, que perteneció al nombrado castillo templario.
Santa María era monasterio benedictino y corresponde a la ermita románica del siglo XII que existe en la actualidad.
Había una tercera, dedicada entonces a San Juan y más tarde a San Martín (obispo de Tours), que es la parroquial actual.
Chalamera, al estar cerca de la frontera con los musulmanes, en el siglo XII fue perdida y recuperada varias veces. Al morir Alfonso I el Batallador el reino de Aragón pasó a manos de su hermano Ramiro II el Monje, contraviniendo el testamento del rey fallecido que había dejado su reino a varias órdenes religiosas.
La Orden del Temple solicitó, en el año 1143, a cambio de sus derechos al reino aragonés, los castillos de Chalamera, Monzón, Corbins y Barbará. Establecidos los templarios en Chalamera reedificaron el castillo visigodo que fue cabecera de su encomienda paralela a la de Monzón, cuyos comendadores son mencionados en documentos de los siglos XII y XIII.
Fruto de su actividad en dichos siglos fue la edificación de la actual ermita de Chalamera, apertura de las acequias del Comendador, fundación de Belver en 1240, construcción de templos románicos en Ontiñena, Ballobar, etc.
Los templarios resistieron tenazmente en su castillo el vergonzoso sitio a que fueron sometidos tras las calumnias perpetradas por Felipe el Hermoso, rey de Francia y el Papa Clemente V. Apresados los monjes del de Monzón, solamente quedó Chalamera como último castillo templario, por eso, fue destruido por completo y solo queda, como recuerdo, el monte sobre el que estaba construido y, en una de sus laderas, las casas del pueblo actual.
Con la desaparición total de la Orden del Temple la encomienda de Chalamera pasó, en 1308, a la Orden del Hospital que aún la seguía teniendo en el siglo XVII.
En el siglo XX, Chalamera, fue noticia a nivel nacional con motivo del proyecto de instalación de dos centrales nucleares en el lugar que ocupa la ermita románica citada anteriormente; pero, gracias a las protestas de los vecinos de toda la comarca del Bajo Cinca y con apoyo de organizaciones del resto de Aragón, se evitó dicho proyecto.