Da Bitburg lange Zeit zur alten Grafschaft, dem späteren Herzogtum Luxemburg gehörte, sei von Luxemburg und seinem Fürstenhause das Wichtigste kurz erwähnt, um ein richtiges Verständnis der Geschichte Bitburgs zu erhalten. 963 handelte der Ardennengraf Siegfried das zerfallene Römerkastel Lucilinburhuc von der damals reich begüterten und mächtigen Abtei Trier durch vorteilhaften Tausch ein. An der Stelle der Kastellmauer ließ er eine trutzige Burg, die „Lützelburg“ erstehen. Damit hatte Graf Siegfried den Grundstein zu der Grafschaft und dem späteren Herzogtum bzw. Großherzogtum gelegt.
1136 erlosch die männliche Linie mit Konrad II. Die Herrschaft ging über die auf Linie Namur-Luxemburg. Nach dem Tode Heinrichs des Blinden erbte seine Tochter Ermesinde die Grafschaft. Durch ihre Vermählung mit Walram IV., Markgraf von Arlon, kam Arlon an Luxemburg. 1239 kam Bitburg durch den Trierer Erzbischof Theoderich an die Gräfin Ermesinde von Luxemburg und ihren Sohn Heinrich, der die Stadt bedingungsgemäß mi Mauern und Graben befestigen ließ. Ermesindes Urenkel Balduin war der tatkräftigste Kurfürst=Erzbischof von Trier, durch dessen Einfluß sein Bruder, der Graf von Luxemburg als Heinrich VII. 1318 deutscher Kaiser wurde. Dessen Sohn Johann brachte durch Heirat Böhmen an sein Haus. Im 14. Jahrhundert verpfändete der König Johann von Luxemburg und Böhmen das Lehen Bitburg wieder an das Erzstift Trier, das es bis ins 15. Jahrhundert in Besitz hatte. Der König Johann von Böhmen, Graf von Luxemburg, der Blinde fand den Tod in der Schlacht von Crecy am 26. März 1346 als er mit den Franzosen gegen die Engländer kämpfte. Sein Grab ist zu Kastell bei Saarburg (auf der Klause). Johanns Sohn wurde als Karl IV. zum deutschen König gewählt. Er erhob 1354 Luxemburg zum Herzogtum. 1443 musste die Herzogin Elisabeth von Luxemburg alle ihre Rechte auf das Land an Herzog Philipp den Guten von Burgund abtreten, der es im Krieg erobert hatte.
Damit kam die Zeit der Fremdherrschaft über Luxemburg, die Jahrhunderte lang dauerte. (Von Burgund kam es an Spanien, dann an Österreich, dann an Frankreich, dann an die Niederlande, bis es 1815 wieder selbstständig wurde.)
Durch Vermählung der Prinzessin Maria von Burgund mit dem Erbherzog Maximilian von Österreich kam Luxemburg und mit ihm Bitburg an das Haus Habsburg im Jahre 1477. Im Jahre 1555 kam Bitburg mit den Orten Bickendorf, Biesdorf, Liessem und Niederweiler und Rittersdorf unter Kaiser Karl V. mit den Niederlanden an Spanien, blieb aber als ein Teil des burgundischen Kreises bei dem deutschen Reiche. Der König von Spanien verlieh der Stadt Bitburg für besondere Leistung eine Fahne mit dem Andreaskreuze. Die genannten Ortschaften (wie auch einige im Kreise Wittlich) führen noch bis heute im Volksmunde die Bezeichnung „im Spanischen“.
Durch einen Stadtplan, den Karl V. 1545 durch den Architekten Jakob Deventer anfertigen ließ, besitzen wir ein Bild der Anlage des alten Bitburgs. Das Original ist im Museum zu Madrid.
1659 musste Spanien im Pyrenäischen Frieden einen Teil von Luxemburg, nämlich Diedenhofen, Malmedy und andere Orte an Frankreich abtreten.
1685 wurde durch die Reunionskammer von Metz das Herzogtum Luxemburg dem Franzosenkönig Ludwig IV. zugesprochen und blieb unter französischer Herrschaft bis 1697. Als Bitburg damit an Frankreich kam, rebellierten die Bürger und schlossen zum Protest die Stadttore.
1714 kam Luxemburg durch den Utrechter Frieden (mit Ausnahme des 1659 an Frankreich abgetretenen Teils), also damit auch Bitburg an Österreich. Die österreichische Zeit, besonders unter Maria Theresia, war eine glückliche Herrschaft des Friedens und der Wohlstand hob sich in Bitburg sehr.
1794/95 wurde das Herzogtum Luxemburg von den Franzosen erobert und mit Bitburg und den österreichischen Niederlanden im Frieden von Campo-Formio 1797 an Frankreich abgetreten.
1795-1815 bildete der größte Teil des früheren Herzogtums Luxemburg das Department des Forets; auch Bitburg gehörte dazu.
1815 erhielt Luxemburg durch den Wiener Kongress die Unabhängigkeit und wurde zum Großherzogtum erhoben, nachdem es beträchtliche Teile seines Gebietes an seinen Nachbarn abgegeben hatte. Zum Ausgleich der Grenze mit Preußen wurden alle luxemburgischen Besitzungen östlich der Our und der Sauer und auf der rechten Moselseite ab Preußen abgetreten. So kam also auch Bitburg an Preußen. Luxemburg lehnte sich in Personalunion an das Königreich der Niederlande, zu dem damals auch Belgien gehörte, an, wo das Haus Nassau Oranien regierte, und so wurde König Wilhelm I. von Holland erster Großherzog von Luxemburg. Das Großherzogtum blieb aber deutscher Bundesstaat und die Stadt Luxemburg war eine deutsche Bundesfestung und erhielt preußische Garnison.
Als 1830 sich das Großherzog der belgischen Revolution anschloss, gelang es der preußischen Besatzung, die Revolution von der Festung fernzuhalten, während der übrige Teil des Landes das Schicksal des revolutionierenden Belgiens teilte.
1839 am 19. April sprachen die Großmächte auf der Londoner Konferenz den wallonischen Teil des Großherzogtums und ein Stück des deutschsprachigen Gebietes Belgien zu, wodurch erneut die Größe des Landes bedeutend verlor, gaben aber dem Reste die politische Unabhängigkeit unter der Dynastie Hollands. Doch blieb Luxemburg auch weiter deutscher Bundesstaat.
Nachdem 1866 durch den preußisch-österreichischen Krieg der Deutsche Bund aufgelöst worden war, versuchte Napoleon III. 1867 dem König-Großherzog das Land durch Kauf abzunötigen. Es drohte sich ein Krieg zu entwickeln. Da gelang es der Staatskunst Bismarcks Napoleons Absicht zu vereiteln. Die Mächte erklärten durch den Londoner Vertrag vom 11. Mai 1867 Luxemburg als neutral und garantierten seine Unabhängigkeit. Damit hörte es auf, deutscher Bundesstaat zu sein und Preußen musste sein Besatzungsrecht aufgeben. Die Festung musste geschleift werden.
1890 hörte die Personalunion mit den Niederlanden auf, denn nach dem Tode Wilhelms III. von den Niederlanden ging die Krone Luxemburgs an den Großherzog Adolf von Nassau über. Nach dessen Tode wurde seine Tochter Adelheid Großherzogin. 1923 als der Separatisenrummel in manchen Köpfen spukte, gab es in Bitburg ein paar Leute, die von einer Angliederung an Luxemburg träumten.
Jetzt hat Luxemburg wieder einen Erbherzog, der nach echt luxemburgischer Art den Namen „Schang“ (Jean) erhalten hat.