L'inizio del sec. XV trova Orvieto sottoposta alla signoria di Giovanni Tomacello, cui seguono quelle di Braccio Fortebraccio (1416-20) e di Gentile di Arrigo Monaldeschi della Vipera o della Sala (1437-49), questi ultimi di parte "malcorina" in quel momento contraria alla Chiesa; ciò perché le scelte politiche operate dalle parti avverse avevano condotto i "Muffati", che nel Trecento erano ghibellini, ad aderire alla parte guelfa, mentre i "Malcorini" da partigiani della Chiesa erano passati agli imperiali. Nel 1450 i "Muffati" vincitori, dopo aver ucciso Arrigo Monaldeschi e bandito il fratello Gentile, consegnarono la città al Papa Nicola V. Orvieto entrò così a far parte definitivamente dello Stato della Chiesa. Il popolo distrusse allora i due castelli di Rocca Berulla e Rocca Ripesena, residenze-simbolo delle posizioni avversarie, e la pace tra le grandi famiglie rivali fu suggellata nel 1465 dal matrimonio di Pietro Antonio Monaldeschi della Vipera "Melcorino" e Giovanna di Gentile Monaldeschi della Cervara, figlia di un "Muffato". Dopo questi fatti la vita della città non registra avvenimenti di rilievo.
Il sec. XVI, grazie alla diretta influenza e presenza dei pontefici, alimentò in Orvieto una ripresa di vita civile e culturale, ma senza più lo splendore politico ed autonomo conosciuto nei tempi passati.
Sebbene sotto Paolo V, nel 1606, il Comune ottenne dal Governatore generale di Santa Chiesa la rocca della città, ben poco Orvieto poté salvare dei suoi antichi diritti sovrani dall'accentramento politico ed amministrativo del papato, perché soltanto quattro castelli rimasero sotto la sua diretta giurisdizione.
A stento, fino alla fine del sec. XVIII, riuscì ad impedire che la città ed il territorio più prossimo andassero a far parte del Patrimonio di San Pietro, dal quale rimasero distinti come provincia a sé.
Orvieto fece parte della Repubblica romana negli anni 1798-1799, della quale costituì un cantone. Dal 1800 al 1809, durante la prima restaurazione, fu sede di governo generale; fu, infine, annessa all'Impero francese, come sede di capoluogo di cantone della Sottoprefettura di Todi nel Dipartimento del Trasimeno.
Nel 1816 tornò a far parte dello Stato pontificio e fu sede di governo di distretto nella Delegazione di Viterbo della Provincia del Patrimonio. Nel "Riparto dei governi e delle comunità dello Stato Pontificio con i loro rispettivi appodiati" del 1817, ad Orvieto appartenevano gli appodiati di Castel Rubello, Corbara, Porano, Rote Castello, Sugano, Titignano; ad esso era unita la Comunità di Castel Giorgio.
Con il motu proprio di Leone XII del 5 ottobre 1824 la Delegazione di Civitavecchia fu incorporata in quella di Viterbo. L'editto del segretario di Stato cardinale Bernetti del 5 luglio 1831 sanzionò, invece, il ristabilimento di quest'ultima Delegazione e la creazione della nuova Delegazione di Orvieto, che veniva così staccata da Viterbo.
Dopo gli eventi del 1848-1849 la legge sul governo delle province ed amministrazione provinciale, promulgata dal cardinale Antonelli il 22 novembre 1850, ristrutturando tutto il territorio dello Stato incorporò la Provincia di Orvieto nel Circondario di Roma.
Nel 1860, pochi giorni prima dell'intervento piemontese nelle Marche e nell'Umbria, i volontari orvietani ed umbri, comandati dal colonnello Masi e detti "Cacciatori del Tevere", costrinsero le truppe pontificie del presidio orvietano alla resa e le inseguono fino a Viterbo. Il fatto provocò un incidente diplomatico tra Torino e Parigi, dato che gli accordi fra Cavour e Napoleone III non contemplavano l'occupazione di città e territori del Patrimonio di San Pietro da parte delle formazioni dei volontari. Per risolvere la questione Viterbo e Montefiascone vennero restituite al Papa, mentre Orvieto riescì ad ottenere l'annessione al costituendo Regno d'Italia, dopo aver dimostrato, sulla base di documenti d'archivio, che la città ed il suo territorio non avevano fatto parte del Patrimonio di San Pietro a partire dal 1360. Animatore ed organizzatore dei volontari fu Filippo Antonio Gualterio, allora esule in Toscana ed in rapporti diretti con Cavour, poi senatore e ministro dell'interno del nuovo Stato.

Nel 1860 l'annessione del territorio orvietano al nuovo Stato unitario pose in evidenza il problema dell'adeguata integrazione amministrativa ed economica di Orvieto con l'entità territoriale e giuridica a scala regionale, rendendo logica la sua aggregazione alla Provincia dell'Umbria; Orvieto fu circondario e mandamento. Quando poi, con il regio decreto n. 1 del 2 gennaio 1927, la Provincia dell'Umbria fu soppressa e, contestualmente, furono istituite la Provincia di Perugia e la Provincia di Terni, Orvieto fu assegnata a quest'ultima.
Le vicende istituzionali e amministrative postunitarie sono state quelle della maggior parte dei comuni italiani.