Il territorio di Collevecchio vanta una frequentazione umana antichissima. Alcune aree presentano, inoltre, una continuità abitativa che va dal periodo pre-protostorico al medioevo e oltre (Grappignano, Poggio Sommavilla).  Le prime testimonianze risalgono al paleolitico. Rinvenimenti di manufatti litici ne attestano tutte le fasi, con particolare abbondanza di reperti riferibili al (120-40.000 anni fa). In età  protostorica i terrazzi fluviali e le colline prospicienti il Tevere sono già abitati. Fondi di capanne, risalenti al periodo compreso tra il Bronzo medio e la prima età del Ferro preludono all’insediamento di epoca storica di tipo proto-urbano ed  urbano. L’abitato e, soprattutto, la necropoli rivestono un ruolo determinante nella conoscenza della cultura e della produzione materiale dei Sabini tra l’orientalizzante e l’ellenismo (fine VIII-III sec. a.C.). Il periodo romano vede una capillare occupazione del territorio, soprattutto lungo vecchie e nuove vie di comunicazione, con ville e rustici dedite alla produzione agricola. Ben attestata da fornaci e bolli è anche la produzione locale di laterizi.   

Poggio Sommavilla è una frazione di Collevecchio di rilevante interesse storico-archeologico, infatti sorge su una necropoli Sabino-Tiberina. I reperti trovati sono esposti nei musei civici di Magliano Sabina e Rieti, alcuni (come la famosa fiaschetta, con un'iscrizione che è considerato il più antico esempio di scrittura sabina) sono conservati nel Museum of Fine Arts di Boston e nel Museo Nazionale di Danimarca a Copenaghen.
Le testimonianze di insediamento nella zona coprono un arco di tempo che va dal X sec. a.C. al periodo romano.
Già durante gli scavi del XIX sec. vennero alla luce una decina di tombe. Nella campagna di scavi condotta tra il 1983 e 1986 ne sono state recuperate altre quarantotto. Alcune risentono di influenze etrusche. La chiusura delle porte era ottenuta con la deposizione di massi ben squadrati.

Grappignano è un area abitata fin dall‘epoca paleolitica. Testimoniata la sua esistenza nel Medioevo, continua ad essere frequentata anche successivamente sino al secolo scorso come rifugio di briganti. Per quanto riguarda il periodo preistorico sono stati rinvenuti reperti litici che attestano la presenza umana in tutte le fasi del Paleolitico, schegge di selce, raschiatoi, punte di lancia, la maggior parte dei reperti sono conservati nel museo civico di Magliano Sabina.