Las primeras citas a «Nogarolis» ó «Noguerolis» datan de 1262 y se asocian a la fallida repoblación de la aldea de Peñacalva, aunque no se tiene constancia segura de población hasta 1263; en 1270 ya era aldea de la Comunidad de Teruel, status que estuvo a punto de perder en 1425 cuando Alfonso V otorgó Nogueruelas a sus sobrinos Juan y Pedro. Pero esta cesión no llegó a ser efectiva y en 1429 ese mismo monarca otorga un privilegio que aseguraba que no podría ser separada en el futuro de la Comunidad de Teruel.
Aunque en la actualidad Nogueruelas ocupa tres elevaciones, el núcleo original se asentaba sobre el más bajo de ellos, en la cumbre de una suave loma delimitada por el río Nogueruelas y un barranco que desciende desde el corral de Gil.
La iglesia parroquial de la Asunción es la principal evidencia material conservada del medievo.
Pero también es importante la trama urbana, detectándose evidencias de una planificación urbanística inicial, que situaría al templo en el punto más elevado, con una plaza delante de su portada, y definiría la primera calle, la del Horno. Es posible que la calle Larga (actual Hispano América) fuera en origen un camino, al igual que la de la Umbría. La existencia de alguna calle ciega, el trazado irregular de algunos viales, las diferentes alineaciones y la irregularidad de parte de los parcelarios refleja un posterior crecimiento orgánico no planificado y las discontinuidades ocasionadas por la crisis demográfica iniciada en la segunda mitad del siglo XIV (con la pérdida de dos tercios de la población) y que se prolongó hasta bien entrada la Edad Moderna. La construcción del Ayuntamiento en el siglo XVI supuso una primera modificación importante del entramado urbano bajomedieval.