Thalfang wurde erstmals im Jahr 632 urkundlich erwähnt.
Ab dem 12. Jahrhundert gehörte Thalfang zur Mark Dhronecken. Auf einer Karte des Erzbistums Trier aus dem Jahre 1645 ist der Ort als Thalfinck verzeichnet.
Erst unter der französischen Herrschaft wurde 1800 die Mark Dhronecken aufgelöst, die Mairien Talling und Thalfang entstanden. Zur Mairie Thalfang gehörten auch die Orte Bäsch, Burtscheid, Deuselbach, Dhronecken, Etgert, Hilscheid, Immert, Malborn, Rorodt und das um 1900 aufgegebene .
Aufgrund der Beschlüsse auf dem Wiener Kongress kam der Ort 1815 zum Königreich Preußen, Thalfang wurde Verwaltungssitz der gleichnamigen Bürgermeisterei, die dem Kreis Bernkastel und dem Regierungsbezirk Trier zugeordnet war.
Seit 1946 gehört Thalfang zum Land Rheinland-Pfalz. Am 7. Juni 1969 wurde die Ortsgemeinde Bäsch nach Thalfang eingemeindet.