Navnet stammer fra det keltiske stedsnavnet . Beda oppstod for ca. 2 000 år siden i Søreifel som en bosetning langs handelsrutene mellom Lyon og Köln. Stedet var en del av Romerriket, og blir nevnt i romerske kilder som . Romerne utvidet bosetningen til et veifort i år 330. I det 8. århundre ble stedet tatt over av frankerne, og i 1262 ble Bitburg gitt byrettigheter. I tidlig middelalder tilhørte Bitburg jarledømmet Luxembourg, som ble et hertugdømme i 1354. I 1443 overtok huset av Valois-Burgund byen. I 1792 ble byen satt under fransk administrasjon, og etter Napoleonskrigene ble byen i 1815 overlatt til den prøysiske Rhin-provinsen. Siden 1815 har Bitburg vært (distriktshovedstad).