Çaybağı Bucağı, Sümerler, Subarular, Hurriler, Hittitler, Asurlular ve Urartuların hakimiyetinde kalmıştır.

Çaybağı Urartulardan sonra bölge tarihi itibariyle İskitler, Medler, Persler, Partlar, Romalılar, Sasaniler, Bizanlar, Müslüman Araplar, Emeviler, Abbasiler, Hamdaniler, Büveyoğulları ve Mervanilerin hakimiyetinde kalmıştır. Selçuklular, Çubukoğulları,

Dulkadiroğulları, Akkoyunlular ve Sefavilerinde hakimiyetinde kalan Çaybağı, Yavuz Sultan Selim zamanında 1515 yılında Osmanlı Hakimiyetine girmiştir.

Çaybağı 1871 tarihinden itibaren Palu Kazasına bağlı bir Nahiyedir.Osmanlı imparatorluğunda Nahiyeler 1871 yılında kurulmuş ve Türkiye Cumhuriyeti döneminde de günümüze kadar aynen devam etmiştir.

Çaybağı nahiyesinin eski ismi Karaçor,köyün eski ismi ise Çakçur'dur.1961 yılında Nahiyenin ve köyün ismi birleştirilerek Çaybağı ismi verilmiştir.

Nahiyeler, Nahiye Müdürleri tarafından idare edilmiştir.Nahiyeler Köy ile Kazalar arasına girmiş yerleşim yerleridir.Son 10-15 yıldan beri nahiyelere Nahiye müdürü atanmamakta ve dolayısıyla günümüzde Nahiyeler artık işlevini yitirmiş durumdadır.

Çaybağı yıllarca Palu ilçesine bağlı Nahiye merkezi iken 1988 yılında Kovancıların ilçe yapılması ile buraya bağlanmıştır.