Wallenthal entstand wie viele Ortschaften der Eifel als Einzelhofsiedlung. Die erste bisher nachweisbare urkundliche Erwähnung datiert in das Jahr 1194: Am 1. März wird dem Prämonstratenserinnenkloster Füssenich der Besitz eines Hofes in Valindale (Wallenthal) bestätigt, den es bis zu seiner Auflösung i. J. 1803 behalten sollte. Bei dem Hof handelt es sich um den sog. "Heidenhof", der im Verlaufe des 19. Jahrhunderts verschwand. Vereinzelte römische Einzelfunde in der Umgebung, so Reste eines römischen Gutshofs bei Heistert, können nicht als Zeugnisse einer früheren Besiedlung des Ortes herangezogen werden.

Für 1472 und 1517 ist ein weiterer Hof in Wallendall belegt, der sich im Besitz der Herrschaft Dreiborn befand. 1601 wurde er an das Kloster Mariawald verschenkt, das ihn verpachtete und ebenfalls bis zu seiner Auflösung 1797/98 behielt. Auch in der Folgezeit fließen die Nachrichten über den Ort recht spärlich. Wallenthal gehörte zu insgesamt drei Herrschaften: ein Teil zur bereits erwähnten Herrschaft Dreiborn und ein Haus zur Grafschaft Manderscheid-Blankenheim bzw. zum Herzogtum Jülich, das seit Jahr 1725 alle Teile vereinigte. 

Die Franzosen, die von 1794 bis 1814 das Gebiet links des Rheins besetzt hielten, machten Wallenthal i. J. 1800 zum Sitz einer Mairie (Bürgermeisterei), zu der auch die Orte Kalenberg, Scheven, Dottel, Kall-Heistert sowie die Anstoisermühle (Mastert) gehörten (1798: 10,9 km² mit 317 Einwohnern, davon 45 im Ort Wallenthal). Auch ab 1815 im Königreich Preußen blieb die Bürgermeisterei bestehen. Wallenthal selbst war 1801 ein kleiner Weiler mit 25 Häusern, in denen 33 Erwachsene und 19 Kinder lebten. Bis 1812 wuchs die Zahl auf 71 Personen an. Die Männer arbeiteten als Landwirte, aber auch als Tagelöhner und Bergarbeiter in den (1830) 3 Bergwerken, 2 Bleihütten und 9 Pochwerken, die sich innerhalb der Bürgermeisterei - meist am Ufer des Bleibachs - befanden. Während der französischen Herrschaft erlebten Bleierzabbau und -verarbeitung zwischen Kall und Mechernich eine Blütezeit. Der in der Wallenthaler "Burg" (heute Voisseler Str.26) wohnende Bürgermeister Ludwig Josef Huttanus besaß selbst zwei Hütten. Eine Bleischmelze lag zwischen 1800 und 1830 sogar mitten im Ort, doch wenige Jahre später war das Ende der meisten kleinen Bleiverarbeitungsbetriebe in der Gemeinde gekommen. 

Die Verkehrswege von und nach Wallenthal unterschieden sich bis zu dieser Zeit erheblich von der heutigen Situation. Der Ort lag zwar an einer alten Römerstraße, die von Voißel nach Dottel verlief, ansonsten jedoch abseits der größeren Verbindungswege bis zum Bau der Provinzialstraße Köln – Luxemburg (heutige B 266), die von Roggendorf kommend Wallenthal 1833 erreichte. Langsam wuchs das Dorf: 1841 lebten in 21 Häusern bereits 122 Einwohner, 1871 150. Dabei war die Fluktuation der Ortsbevölkerung erheblich: Von den 1801 namentlich erfassten Familien sind 1912 nur noch Lang und Reinartz im Ort ansässig; seit 1812 ist auch der Name Heistert durchgehend nachweisbar. Kurz vor dem Ersten Weltkrieg arbeiteten fast alle Wallenthaler - bis auf je zwei Schreiner und Schmiede sowie jeweils ein Anstreicher, Waldarbeiter und Steiger - in der Landwirtschaft. Bis 1960 stieg die Einwohnerzahl lediglich auf 163, obwohl der Ort vor allem ab 1930 um mehrere Häuser wuchs.

Auch die Gemeinde Wallenthal veränderte sich. Am 1.10.1929 verlor sie den Gemeindeteil Heistert. Die kommunale Neugliederung brachte dann am 1.7.1969 das Ende der selbständigen Gemeinde Wallenthal.

1957 hatte sie ein Gemeindewappen erhalten, das heute die Ortsfahne ziert.