Les traces d’occupation humaine les plus anciennes dans la vallée de la Drôme remontent au Moustérien, lorsque des néandertaliens du Paléolithique moyen venaient surveiller les migrations d’animaux depuis les plateaux surplombant le cours de la rivière (site de Maumuye à Saint-Roman) il y a plus de 35.000 ans.
Il faut ensuite attendre la fin des glaciations pour retrouver des traces humaines ; c’est durant la période Néolithique que la vallée commence à être vraiment exploitée. Les découvertes de Charens, dans le Haut-Diois, montrent que cette région est en relation avec l’importante culture alpine durant l’âge du Bronze.
Le nom antique de Luc-en-Diois, Lucus, signifie « Bois sacré » et indique sans doute l’existence d’un sanctuaire d’époque gauloise, qu’il reste à localiser.
Lorsque les Romains soumettent le sud de la Gaule entre 125 et 121 avant J.-C., les territoires gaulois sont réorganisés administrativement. Les Voconces, peuple gaulois qui occupe le secteur allant de l’Isère au Ventoux et de la Durance jusqu’aux collines surplombant le Rhône, forment alors une cité qui bénéficie d’un traité d’amitié avec Rome (le foedus) et compte deux chefs-lieux, Vasio (Vaison-la-Romaine) et Lucus Augusti (Luc-en-Diois). Les postes politiques et religieux les plus importants semblent être concentrés à Luc.
Cette vaste cité est subdivisée en territoires plus petits, appelés pagus (pays), situés en périphérie de la vallée de la Drôme. La ville de Luc se développe entre le Ier siècle avant J.-C. et le Ier siècle après ; on y a trouvé une superbe mosaïque dont 20 m² sont conservés au musée de Valence, les vestiges architecturaux d’un édifice monumental (temple ?), des fragments de grandes statues en marbre, des colonnes, des murs, des inscriptions, des monnaies… qui montrent l’importance de la ville. Une partie de ces découvertes est conservée au musée de Die.
On a également mis au jour des restes de villas gallo-romaines dans les campagnes avoisinantes (notamment Pauliane, avec un sanctuaire à Mercure), mais aussi sur les communes de Montlaur, Recoubeau, Barnave…
 En l’an 69, la ville de Luc souffre des troubles politiques qui frappent Rome et l’Empire à la mort de Néron. Les légions d’un candidat-empereur arrivent du Rhin en direction de Rome et menacent d’incendier la ville, projet abandonné contre le versement d’une rançon. Un demi siècle plus tard, le statut de capitale est transféré de Luc vers Die (Dea Augusta Vocontiorum), qui deviendra colonie romaine et se fortifiera derrière un rempart à la fin du IIIe siècle. C’est vers la même époque, lors de la création temporaire de l’Empire Gaulois, que des fortifications sont installées au sommet du Pic de Luc pour contrôler le trafic sur l’importante voie romaine qui suit la vallée de la Drôme. Ce fortin, abandonné à la fin de l’époque romaine, sera réoccupé durant le Moyen-âge. Au IVe siècle, la ville de Luc n’est plus qu’une simple étape sur la Via Vocontia, entre le Rhône et les Alpes.
Territoire dépendant au XIe siècle des comtes de Die, Luc et ses fortifications sont l’objet, après la ruine de cette famille suite aux Croisades, d’un litige avec les évêques de Die. Le castrum de Luc, mentionné dans des textes de 1165 et 1201, est reconnu aux évêques par décision de l’empereur Frédéric II en 1214 (les territoires à l’est du Rhône font partie à cette époque du Saint-Empire Romain Germanique). Il en est de même pour d’autres châteaux dont les ruines sont encore visibles dans la région (Montlaur, Beaumont, Montmaur, le Pilhon…).


La gestion du village et des terres est donnée en fief par les évêques, fief acquis par alliance à la famille d’Agoult en 1225, qui reste sous contrôle de l’épiscopat Diois jusqu’à l’intégration du diocèse à la France dans la province royale de Dauphiné au XVe siècle (peu de temps après la chute du Claps, en 1441). Appelé alors baronnie, le territoire de Luc passe successivement entre les mains des Lhère de Glandage (1540), de Gilbert de Sallière (1705), puis chez les Morard jusqu’à la Révolution.
L’organisation républicaine de 1790 fait de Luc le siège d’un canton comprenant les communes de Barnave, Jansac, Micon, Montlaur, Montmaur, Pennes, Poyols et Recoubeau. La réorganisation de l’an VII soustrait Montmaur mais ajoute Aucelon, La Bâtie-Crémezin, La Bâtie-des-Fonds, Beaurières, Beaumont, Charens, Fourcinet, Jonchères, Lèsches, Le Pilhon et Les Prés.
Le village accueille une gare de chemin de fer à la fin du XIXe siècle et fait partie des pionniers de l’installation de l’électricité dans les campagnes, en 1926. La construction d’un théâtre dans les années 1930 montre le dynamisme culturel et touristique des montagnes durant l’entre-deux guerres.
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