Il toponimo Cavallerleone deriva dal termine latino caballarium (luogo di allevamento di cavalli) e dal nome proprio Leone, probabile antico possessore del fondo. La prima attestazione ufficiale risale al 1184 in una bolla di Papa Lucio III, sebbene la sua origine si possa anticipare alla metà del X secolo identificando il borgo con la "corte Magra" menzionata in un documento del 1014. Intorno all'anno 1000, il territorio passò dal Conte Arduino IV a Olderico Manfredo e, per via matrimoniale, alla stirpe dei Savoia. In seguito alle divisioni dinastiche, il paese entrò a far parte del Marchesato di Busca e, nel 1218, fu venduto al Marchesato di Saluzzo.
Durante le successive dispute tra i due marchesati, il comune di Savigliano si impadronì temporaneamente di Cavallerleone nel 1278, affidandolo in feudo a Giorgio Beggiamo. Successivamente il controllo tornò al Marchesato di Busca fino al 1309, anno in cui venne ceduto a Paoluccio di Nucetto. Nel 1356, la sottomissione dei Nucetto a Giacomo di Acaja segnò l'ingresso definitivo del borgo nei domini dei Savoia-Acaja, poi ereditati nel 1418 dal ramo primogenito dei Savoia.
L'istituzione formale del Comune risale al 1407, quando i signori Nucetto concessero le prime franchigie e immunità alla Comunità, la quale ottenne i propri statuti ufficiali il 28 novembre 1439, approvati dal Duca Ludovico di Savoia nel 1440. Nel maggio 1536 il paese subì il saccheggio delle truppe francesi. Dal punto di vista feudale, dopo il 1441 il feudo subì una frammentazione estrema che arrivò a contare oltre cinquanta famiglie contitolari. Questa parcellizzazione terminò il 29 novembre 1762, quando l'intero territorio fu infeudato a Luigi di Savoia, Principe di Carignano.
In epoca napoleonica, il paese visse alterne vicende: nel 1798 si insediò una municipalità legata alla Repubblica Piemontese, sostituita nel 1799 dal ritorno dell'amministrazione regia austro-russa. Dopo la battaglia di Marengo, Cavallerleone tornò sotto il controllo francese e, il 9 agosto 1802, si riunì il primo Consiglio Municipale del dipartimento della Stura. Con la Restaurazione del 16 giugno 1814, il paese tornò definitivamente sotto la corona sabauda, seguendo le sorti del Regno di Sardegna e, successivamente, dello Stato italiano unitario.
Nella storia recente, l'economia e l'identità sociale della comunità sono state profondamente segnate dallo sviluppo dell'industria serica. Tra la metà del Settecento e la fine dell'Ottocento venne infatti edificato un imponente filatoio (il setificio Gioannetti-Ceriana), specializzato nella produzione del pregiato filato d'organzino. Questa imponente struttura arrivò a impiegare oltre 200 operai, rappresentando per decenni la principale fonte di sussistenza e coesione per le famiglie locali. Il filatoio cessò l'attività nel 1936 a causa della scarsità di manodopera, lasciando un'eredità fondamentale in termini di archeologia industriale e inserendo stabilmente Cavallerleone nel percorso storico-turistico de “La via verde della seta”
Oggi, passeggiando per le vie del paese e nelle sue campagne, la storia locale si manifesta attraverso suggestivi elementi visivi. Si possono infatti notare i resti storici della linea ferroviaria che un tempo collegava il territorio, ma soprattutto l'antica e radicata devozione popolare testimoniata da numerose cappelle e piloni votivi. Questi sacri monumenti rurali, un tempo tappe fondamentali di sentite processioni religiose e rogazioni, continuano a custodire la memoria e la profonda fede dell'intera comunità.