La historia de Palomar de Arroyos está ligada a la encomienda de Montalbán desde la donación que hizo Pedro II al maestre de la Orden de Santiago. El monarca entregó Montalbán y sus aldeas (entre las que se encuentra Palomar de Arroyos) en 1210. Poco después se configura como encomienda mayor de la Orden de Santiago de la Espada en Aragón.

Se conservan documentos que indican que en 1404 seguía como aldea de Montalbán y en 1601 pertenecía a la Orden de Santiago de Montalbán.

Se denominaba Palomar hasta 1920, desde entonces aparece ya como Palomar de Arroyos.
En cuanto a administración, Palomar de Arroyos ha formado parte, de forma sucesiva, a la encomienda de la Orden de Santiago de Montalbán, a la sobrecullida de Montalbán (1488-1495), a la vereda de Montalbán (1646) y al corregimiento de Alcañiz (1711-1833). Se constituye como Ayuntamiento en 1834. Desde 1834 hasta 1887 forma parte del partido judicial de Aliaga; se une de 1897 hasta 1900 al partido de Montalbán; cambia al de Aliaga entre 1910 y 1920; en 1930 pasa al partido de Montalbán; vuelve entre 1940 y 1965 al de Aliaga, para incorporarse, finalmente, en 1965 al partido judicial de Teruel.