Dittelsheim wird 774/775 erstmals in der schriftlichen Überlieferung des Klosters Lorsch genannt.[Anm. 1] Der Ort gehörte früh zum Grafschaftsbereich der Grafen von Katzenelnbogen. Aus dem Lehnbuch des Reichsministerialen Werner II. von Bolanden, das kurz vor 1200 niedergeschrieben wurde, geht hervor, dass er die Grafschaft (comitatum) Dittelsheim als Lehen der Grafen von Katzenelnbogen innehatte. Wenig später, im März 1227, wird mit Gerungus de Dyttelnsheim das erste Mitglied der Familie von Dittelsheim genannt, das sich eine Burg im Ort errichtete.
Im 16. Jahrhundert gehörte Dittelsheim bereits weitgehend zum Herrschaftsbereich des pfälzischen Kurfürsten. Nachdem nämlich ab 1358 die Grafen Johann und Emich II. von Nassau Rechte am Ort innehatten und Gräfin Anna von Katzenelnbogen und Nassau 1403 ihr Lösungsrecht an Dittelsheim ihrem Sohn Johann III. von Katzenelnbogen übergeben hatte, geht aus dem 1429 zusammengestellten Alzeyer Saal- und Lagerbuch hervor, dass ein Teil des Dittelsheimer Gerichtes den Heidelberger Kurfürsten zustand. In den Jahren 1439, 1571, 1579, 1602 und 1606 kauften sich die Pfalzgrafen Stück für Stück in die Grundherrschaft Dittelsheim ein, bis der Ort ganz unter kurpfälzische Herrschaft kam.

Im Jahr 1556 wurde auf landesherrliche Anordnung erstmals das reformierte Bekenntnis in Dittelsheim eingeführt. Im Verlauf der nächsten 100 Jahre sollte sich dies bis zur Zeit nach dem Dreißigjährigen Kriegs noch mehrfach ändern. Die Bevölkerung hatte in alldem kein Mitbestimmungsrecht. In späterer Zeit, zwischen 1699 und 1707, wurde ein sogenanntes Simultaneum eingerichtet, bei welchem die selbe Kirche von katholischer und evangelischer Gemeinde genutzt wurde. [Anm. 2]

Im Jahr 1792 kam das bisher kurpfälzische Dittelsheim unter französische Verwaltung. Es gehörte nun zur Mairie (Bürgermeisterei) Heßloch im Kanton Bechtheim, welches wiederum zum Département du Mont-Tonnerre (Département Donnersberg) gehörte. [Anm. 3] 1816 übernahm infolge des Wiener Kongresses der Großherzog von Hessen die Herrschaft über die neu geschaffene Provinz Rheinhessen, zu der auch Dittelsheim gehörte. Ab 1835 gehörte die Ortschaft zum Landkreis Worms. [Anm. 4] Zu dieser Zeit verbesserte sich die Anbindung von Dittelsheim: Im Zuge des Baus der Provinzialstraße Gau-Odernheim/Heßloch (Baubeginn 1838) wurde auch die Verbindung zwischen Heßloch und Dittelsheim durch eine Straße ausgebaut. 1843 erfolgte die Pflasterung der Ortsdurchfahrt.[Anm. 5]

Die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts, in welche die beiden Weltkriege fallen, ist in der Forschung des Ortes Dittelsheim bislang kaum untersucht worden. Bekannt ist lediglich, dass nach dem Ersten Weltkrieg in Dittelsheim und in Heßloch insgesamt 500 bis 600 französische Soldaten einquartiert wurden. [Anm. 6] Nach dem Zweiten Weltkrieg unterstand der Ort vom Juli 1945 bis zum August 1948 der französischen Militärverwaltung. 1946 wurde er Teil des neuen Landes Rheinland-Pfalz. 

Im Jahr 1957 wurde in Dittelsheim die Flurbereinigung durchgeführt - dabei wurden die historisch gewachsenen, teilweise winzigen Agrarflächen durch den Staat zusammengelegt und neu strukturiert, um eine effizientere Nutzung zu ermöglichen.[Anm. 7] Die Eigenständigkeit der Gemeinde Dittelsheim endete im Jahr 1969, als sie zusammen mit Heßloch zur neuen Ortschaft Dittelsheim-Heßloch zusammengeschlossen wurde. 1972 kam Dittelsheim-Heßloch zur Verbandsgemeinde Westhofen.