Il borgo di Frassine nacque nel VI secolo con il nome di Gualdo del Re, come insediamento longobardo. Intorno all'anno Mille appare per la prima volta con il nome Frassine, dovuto alla presenza del fraxinus excelsior, albero legato alle tradizioni nordiche che veniva arso come rituale per scacciare gli spiriti maligni dei boschi. Piccolo centro di boscaioli e taglialegna, immerso nelle faggete delle Colline Metallifere, ricevette una certa importanza quando, sui ruderi della vecchia chiesa di Santa Maria in Frassineto, attestata già nei secoli XIV e XV, fu costruito il Santuario della Madonna, ampliato poi nel corso del Seicento e del Settecento.
Il 16 febbraio 1944, Frassine fu luogo di uno scontro armato tra partigiani e fascisti che si concluse con la sconfitta dei membri della 3ª brigata Garibaldi: cinque di loro furono pugnalati a morte nel podere Campo al Bizzi dalle milizie fasciste e altri quattordici catturati e portati a Firenze.