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L'histoire de Saint-Guilhem-le-Désert est indissociable de celle de l'abbaye de Gellone fondée au début du IXe siècle par Benoît d'Aniane et que Guilhem, comte de Toulouse, cousin de Charlemagne dota richement dès 804 avant de s'y retirer comme moine. Le rayonnement de l'abbaye de Gellone s'accrut alors après la mort de Guilhem (812) autour des cultes de la Sainte-Croix et de Saint-Guilhem (la reconnaissance officielle du culte de Saint-Guilhem remonte aux environs de l'An mil). L'abbaye qui se développe richement est située sur l'un des itinéraires du pèlerinage de Saint-Jacques-de-Compostelle et reçoit la visite de nombreux pèlerins venus de tout l'Occident. Le village qui s'est constitué autour et sous la protection de l'abbaye prend alors le nom de Saint-Guilhem-du-Désert (restituant par là l'aridité des lieux choisis pour y fonder un monastère à vocation érémitique). L'abbaye assure aux habitants la sécurité et leur procure des activités liées à l'hébergement et au ravitaillement des pèlerins (développement de l'agriculture et du commerce). Une économie d'agriculture et d'élevage se met en place. Aux XIVe et XVe siècles, l'isolement permet au village d'échapper aux dévastations liées à la Guerre de Cent Ans. Saint-Guilhem-le-Désert est, à cette époque, dotée de consuls représentant la communauté villageoise.

Sous l'Ancien Régime, il existe deux paroisses : celle de Saint-Barthélémy et celle de Saint-Laurent. Le hameau des Lavagnes (identifié aussi sous la variante Las Cavaignes) est un écart de Saint-Guilhem. Du XVIe au XVIIIe siècles, Saint-Guilhem-le-Désert est située dans la sénéchaussée de Béziers et l'intendance de Montpellier. Le village, dépendant du gouvernement de Languedoc, fait partie du ressort du parlement de Toulouse. Les habitants tirent leurs revenus de la culture des céréales, des oliviers et de l'élevage ainsi que de l'exploitation des multiples ressources de la nature (cueillette, pêche et chasse).

La commune, dotée d'un conseil municipal depuis 1790, traverse la Révolution française et l'Empire sans difficultés particulières. L'abbaye est vendue comme bien national et Saint-Guilhemle-Désert change momentanément de dénomination, sous la Terreur, adoptant l'appellation de Verdus-du-Désert après consultation de sa population (25 frimaire an II, 14 décembre 1793). Les changements de régimes politiques du XIXe siècle ne semblent pas non plus affecter le village qui se plie aux directives des républiques, monarchies et empire successifs. Des chantiers concernant les bâtiments communaux, l'église, l'adduction d'eau et l'assainissement sont toutefois engagés. Au XXe siècle, la modernisation et l'extension des équipements du village s'accomplit elle aussi comme dans tous les villages de France : développement du réseau télégraphique puis téléphonique, électrification&Toutefois l'essor du tourisme lié au caractère pittoresque du site et à son glorieux passé motive le développement de structures et d'équipements inhabituels pour un village de cette taille destinés à l'accueil d'un public sans cesse croissant au XXe siècle (construction en différentes phase d'un parking de grande capacité, créations de gîtes et de logis d'accueil&). En 2010, le site de Saint-Guilhem reçoit le label « Grand site de France » sous l'appellation « Saint-Guilhem-le-Désert et Gorges de l'Hérault » qui vise à promouvoir la bonne conservation et la mise en valeur des sites naturels de grande notoriété et de très forte fréquentation.