Dunstelkingen wurde erstmals 1235 als „Tuonshalchingen“ erwähnt und ist für die Zeit von 1258 bis 1319 urkundlich nachgewiesen. Der Ort stand zunächst in Diensten der Dillinger, später der Staufer und zuletzt der Grafen von Oettingen.

Im 13. Jahrhundert entstand eine Burg, die später zu einem Wasserschloss mit vier Ecktürmen ausgebaut wurde. Es war von Graben, Wall und Mauer umgeben. Nach 1785 verfiel das Schloss, wurde 1796 zerstört und 1804 endgültig abgetragen. Reste des Burggrabens sind noch erhalten.

Nachdem das Schloss verschwunden ist, rückt heute die sehenswerte Dorfkirche in den Fokus. Bereits von weitem fällt der malerische Zwiebelturm ins Auge. Die Kirche wurde 1354 unter den Herren von Gromberg erstmals erwähnt, ist als Martinskirche jedoch wahrscheinlich älter.

Um 1500 wurde sie unter den Ortsherren von Westerstetten und unter dem seit 1361 bestehenden Patronat des Klosters Kirchheim im spätgotischen Stil um- oder neugebaut. 1716 ließ das Kloster Kirchheim ein Achteck auf den bestehenden Turm setzen und barockisierte die Kirche. Noch heute sind spätgotische Elemente – besonders im Chor – erhalten. Dort befinden sich auch steinerne Grabdenkmäler früherer Ortsherren. Besonders hervorzuheben ist der gotische Taufstein aus dem Jahr 1517. Der Kircheninnenraum wurde barock überarbeitet; am Chorbogen mit schönem Stuck von Kaspar Buchmüller ist das Äbtissinnenwappen des Klosters Kirchheim (1716) zu sehen.

Heute zählt Dunstelkingen rund 515 Einwohner und umfasst eine Markungsfläche von 1.083 Hektar. Zum Ort gehören auch der Weiler Hofen und die Prinzenmühle. Die erhöhte Lage des Ortes ermöglicht bei Föhnwetter einen beeindruckenden Blick bis zur schneebedeckten Alpenkette.

Bis 1974 war Dunstelkingen eine eigenständige Gemeinde.