Existen indicios de que la localidad se levanta sobre un enclave, quizá un castro celtíbero, que parece que llegó a ser conocido con el nombre de Alce al menos hasta la época visigótica. El nombre provendría de la palabra "alcius" (cima de piedras de molino).
Sin existir referencias más precisas, es posible que en esta época visigótica se impusiese el actual nombre, quizá derivado de la palabra de origen germánico que significa "hermana" (sister, en inglés; sestra, en ruso). De hecho, la palabra sestrica significa "hermana pequeña" en croata. Y en la costa de Croacia hay dos pequeños islotes llamados Mala Sestrica y Vela Sestrica.
Sin embargo otra versión señala que fue en la etapa de dominación musulmana de la Península cuando se adoptó el nombre de Sestrica, al parecer por la decisión del gobernador del momento de ponerle al pueblo el nombre de una de sus hijas o esposas. Y es bastante probable que exista alguna relación entre el nombre del pueblo y la palabra "sestra", término utilizado en la zona de Tarazona y el Moncayo para referirse a un lote de madera procedente de los montes comunales.
La primera mención documentada del núcleo de Sestrica es un escrito atribuido al rey García Sánchez I que data de febrero del año 944. Se trata de una confirmación de donación realizada por el obispo Galindo de una parte de las décimas de todos los frutos que se recogían en varias poblaciones cristianas de su dominio al monasterio de Leyre, y entre estas poblaciones se nombra Sestrica.
Posteriormente, en octubre de 1355, Pedro IV de Aragón dio el lugar de Sestrica a Constanza Gil de Vidauré y en 1369 este mismo rey daba la jurisdicción sobre Sestrica al arzobispo de Zaragoza.
A finales de este mismo siglo, en 1382 el lugar pasó a poder de los Fernández de Luna, dueños y señores de la zona, dado que Lope Fernández de Luna dispuso Sestrica en su testamento. Unas décadas más tarde, en marzo de 1410 ya estaba en manos de Pedro Jiménez de Urrea, apellido del cual toma nombre la torre. En 1436 la torre pasó a manos de Ximeno de de Urrea, Señor de Sestrica. En aquella época sólo 3 de las 33 viviendas de la localidad estaban habitadas por familias cristianas. El 90% de la población era mudéjar.
Cuando en 1610 los moriscos fueron expulsados de Aragón el pueblo quedó casi vacío, siendo necesaria la repoblación con personas venidas de poblaciones cercanas, a las que se arrendaban las tierras.
Existen pocos estudios o referencias bibliográficos de épocas posteriores, en las que lo más nombrado de Sestrica era su alfarería, conocida en toda España.
Tras la guerra civil y en los años '60 fueron numerosos los vecinos que emigraron a Zaragoza, Cataluña y País Vasco. La economía de la zona se basaba fundamentalmente en la agricultura y la ganadería, así como en los ingresos que traían no pocos vecinos que se desplazaban hasta dos y tres veces al año a las diferentes campañas agrícolas de Francia, principalmente a las labores de la remolacha, en el norte, o a la vendimia, en el suroeste.
En 1966 Sestrica se fusionó con el municipio de Viver de la Sierra.
En épocas más recientes, el desarrollo de la industria del calzado en la comarca del Aranda también llegó a Sestrica, en donde aún se mantiene esta actividad. Sin llegar a desaparecer, el paulatino declive de esa industria ha hecho que conviva con la agricultura como pilares básicos de la economía local. Las condiciones climáticas de Sestrica (573 m.) y Viver (904 m.) favorecen que exista una producción de gran calidad en productos como el olivo, la cereza o la almendra, la mayoría cultivados sin riego. La época de la floración de los almendros y cerezos supone uno de los momentos más atractivos del año, junto con el otoño, cuando se aprecian las diferentes tonalidades de los árboles.
En enero de 2015 tuvo lugar la presentación del proyecto "Serranía Celtibérica", en el que participa Sestrica.