Der Ortsname "Obernsees" hat seinen Ursprung aus dem mittelhochdeutschen "Gesaezze" und bedeutet "Oberer Wohnsitz". Urkundlich wird  im Jahre 1180 ein Heinrich von Oberngesaezze erwähnt. Dieser wurde vom Bischof in Bamberg beauftragt die Missionierung der Slaven, die vermutlich hier zusammen mit den Franken lebten, voranzutreiben und die territorialen Ansprüche des Bischofs zu sichern. In den folgenden Jahrhunderten wechselten immer wieder die Herren über die Gemeinde: Bamberger Bischöfe, Burggrafen von Nürnberg, Markgrafen von Bayreuth.
1813 vernichtete ein Großbrand in Obernsees 24 Häuser, 21 Scheunen und 1 Brauhaus.
1816/17 kostete eine Hungersnot vielen Menschen das Leben.
1848 wurde das Zehntrecht abgelöst. Handwerks und Kleingewerbe konnte sich frei entwickeln. Obernsees hatte das Markrecht und wurde zu einem Mittelpunkt des Handwerks. Die Statistik von 1858 zählt für Obernsees 79 handwerk- und gewerbetreibende Personen; darunter  6 Brauhäuser und 7 Schuhmacher.
Am 12. März 1904 (Geburtstag des Prinzregenten) wurde die Lokalbahn Bayreuth - Hollfeld eröffnet.Es setzte ein reger Personen- und Güterverkehr ein. Der Bahnhof Obernsees wird zur Verladestation von Getreide, Kartoffeln, Kohlen, Bier, Malz. Diese gesunde wirtschaftliche Entwicklung wird durch die zwei Weltkriege unterbrochen. Nach dem Ende des 2. Weltkrieges läuft das wirtschaftliche Leben wieder an. Ein Großteil der Bewohner findet in Bayreuth Arbeit. In den Jahren 1970 - 1980 verlor die wirtschaftliche und politische Bedeutung von Obernsees erheblich. Neben politischen Entscheidungen wie Aufgabe der Schulen in Obernsees (Schulanbindung nach Hollfeld), Eingemeindung von Obernsees zur Großgemeinde Mistelgau, Einstellung des Bahnbetriebs zwischen Bayreuth und Hollfeld (Abbau der Bahngleise), waren auch Geschäftsaufgaben, z. B. Baugeschäft Maisel, Brauerei Maisel, zwei Gemischtwarenläden, Schuhmacher, Zahnarzt, die Folge.
Eine geologischen Forschungsbohrung im Jahre 1983 ergab in einer Tiefe von 1.280 m  60° C warmes Thermalwasser. Überlegungen über die weitere Verwendung dieses "Bohrlochs"  waren  die Wurzel des Thermalbades Obernsees. Nach einer langen Entscheidungsfindung und Planung wurde im Herbst 1997  mit den Bauarbeiten begonnen. Am 22. Mai 1998 wurde der Badebetrieb aufgenommen. Seither ist Obernsees  im Touristikbereich weit über die Grenzen Frankens bekannt.