התיישבות אנושית בעמק הריין המרכזי העליון החלה כבר בעידן הקרח האחרון. הרומאים כבשו את האזור במאה ה-1 לפנה"ס והקימו דרך ומחנות צבאיים על הגדה השמאלית של הנהר. כבר בתקופה זו היה הריין לנתיב שיט חשוב אשר קישר בין צפון אירופה לבין ארצות האלפים ולאגן הים התיכון.
לאחר נסיגת הרומאים במאה ה-5, השתלטו המלכים הפרנקים על עריהם, ורוב השטח שבין בינגן וקובלנץ היה לטריטוריית הכתר. מצב זה של בעלות הכתר באדמות נמשך עד אמצע תקופת השושלת הקרולינגית, והחל להשתנות במאה ה-8. חלק גדול מהאדמות נמסר לרשות הכנסייה ולרשותם של מסדרים נזיריים, והתהליך הושלם בתחילת המאה ה-14.
הריין המרכזי הגיע לשיא שגשוגו בין המאה ה-14 למאה ה-16 ונחשב לליבה של האימפריה הרומית הקדושה. במקום התמזגו האומנות והאדריכלות של אזור הריין העילי (Oberrhein) שמדרום ואלה של הריין התחתי (Niederrhein) שמצפון. גידול כרמים וייצור יין היה ענף כלכלי חשוב בעמק הריין המרכזי כבר בתקופה הרומית. החל במאה ה-10 החלו הכרמים להתפשט ובמאה ה-16 כיסו שטח של 30 קמ"ר, פי חמישה משטחם כיום. אולם לאחר מלחמת שלושים השנים, במחצית הראשונה של המאה ה-17, מלחמה שפגעה בריין המרכזי באורח קשה, הצטמצמו שטחי הכרמים, והוחלפו במטעים וביערות.
החל במאה ה-17 היה האזור לזירת מאבקים בין גרמניה וצרפת וסבל מהם באורח קשה. בסוף המאה ה-18 הייתה הגדה השמאלית של הריין המרכזי לחלק מהרפובליקה הצרפתית ולאחר מכן מהקיסרות הראשונה של צרפת. חלוקה זו בין הגדות הסתיימה ב-1814 עם השתלטות פרוסיה על הגדה השמאלית, ובאזור הוקמו ביצורים רחבי היקף. המסחר שגשג כתוצאה מסלילת דרך מסחרית בין בינגן לקובלנץ, הרחבת חלקו הניתן לשיט של הנהר, הופעת ספינות הקיטור וביטול מכסים. באמצע המאה ה-19 נסללו מסילות רכבת לאורך שתי הגדות גם יחד. במאה ה-20 חלו באזור תמורות רבות, ובהן ירידת קרנם של עיסוקים מסורתיים כמו ייצור יין, כרייה וחציבה. תעבורת המטענים הוגבלה למספר נמלים עיקריים לאורך הנהר, ואת מקומם של אלה תפסה התיירות שהייתה לענף הכלכלי המרכזי.
על אופיו של העמק
שכבת סלעי הצפחה באזור הונחה בתור הדבון בעידן הפלאוזואיקון והיא אוצרת בקרבה מאובנים. שכבות הסלע עברו תהליכי קימוט במהלך תור הקרבון, ועמק הנהר עצמו שהתחפר עד לעומק של 200 מטר בין גדותיו עוצב בשלב מאוחר בהרבה. בעמק הריין המרכזי שורר מיקרו-אקלים והוא משמש כפרוזדור בו גדלים מיני צמחים שאינם נפוצים באזורים המקיפים אותו. במדרונות העמק נחצבו טרסות ויחד עם גדותיו הם היו לשטח חקלאי כבר בשלב מוקדם בהיסטוריה, ואשר שימש בעיקר לגידול כרמים.
נתוניו הגאוגרפיים של העמק, על מורדותיו התלולים, ההתערבות האנושית בדרך של חקלאות, יעור, והקמת טירות ויישובים היסטוריים, תדמיתו התיירותית הרומנטית ומקומו המיוחד בפולקלור הגרמני, השתלבו כדי ליצור את חזותו הייחודית של האזור; כקביעת ארגון אונסק"ו בחלק מנימוקי ההכרזה:
The Middle Rhine Valley is an outstanding organic cultural landscape, the present-day character of which is determined both by its geomorphological and geological setting and by the human interventions, such as settlements, transport infrastructure, and land-use, that it has undergone over two thousand years.[1]
עמק הריין המרכזי הוא נוף תרבותי אורגני יותר דופן, ופניו בהווה עוצבו הן על ידי מיקומו הגאומורפולוגי והגאולוגי, והן על ידי הפעילות האנושית, דוגמת (הקמת) יישובים, תשתית תעבורתית והשימוש בקרקע, שהתרחשה בו משך אלפיים שנה.