El castell de Montgai fou lliurat a Ramon Berenguer I comte de Barcelona pel rei de Lleida al-Muzaffar el 1050. Posteriorment, el castell i el poble foren incorporats a la batalla reial de Camarasa. El castlà del castell, entre el 1290 i el 1299, fou Arnau de Montgai. Els seus antecessors foren Bernat Ramon de Montgai (segle XI), Ramon Bernat (1172) i els seus descendents. El 1222 Montgai, Cubells i Camarasa es vincularen amb la casa del senescal Guillem Ramon de Montcada perquè Constança, germanastra del Conqueridor, s'hi emmaridà. El comtat de Camarasa fou venut per l'infant Martí a la ciutat de Lleida el 1396.

El 1424 els diputats de Catalunya el retornaren a la corona. El 1414, Jofre de la Becerola, secretari de la reina, rebé de Ferran el d'Antequera els llocs de Montgai, Cubells i Camarasa, que havien pertangut a Ramon Berenguer de Fluvià, fidel lloctinent de Jaume el Dissortat. En rebé, a més, la jurisdicció civil i criminal dels dits llocs. Segons Monsalvatje, Alfons el Magnànim (1418-58) vengué a Francesc d'Arinyo els castells de Montgai i Cubelles per 5 000 florins. El 1462, en iniciar-se la guerra contra Joan II la senyoria de Montgai era d'Angelina de Luna, la qual, contra la voluntat de la Generalitat de Catalunya, ordenà als seus vassalls que es retessin al rei. Després de la guerra de Successió la senyoria del lloc era detinguda per Nicolau Antic. Fins el 1716 la universitat de Montgai era de la vegueria de Lleida, des d'aleshores fins al 1721 depengué del corregiment de la dita ciutat i en aquesta data el lloc fou vinculat a l'alcaldia major de Balaguer.

Durant el període de 1966 a 1986 es van celebrar a la localitat, en un circuit anomenat "El Cluet", campionats de motocross que van assolir categoria de Gran Premi Internacional, i que estaven organitzats pel Moto club Segre el qual tenia la seu social a la pròpia localitat de Montgai.
Durant aquest període el President del Moto club Segre fou el Sr. Jesús Monsonís, fill de Montgai i gran impulsor d'aquest esport.