Er wird erstmals 912 als Vilare und 962 als Wilere erwähnt. Siedlungsspuren reichen bis in die Römerzeit zurück. In der frühen Neuzeit kam der Ort unter luxemburgische Landeshoheit. 1843 hatte Kreuzweiler 215 Einwohner und stagnierte seither in seiner Entwicklung. Schwere Schäden verursachte der Zweite Weltkrieg. Die katholische Pfarrkirche Hlg. Kreuz steht zusammen mit dem Pfarrhaus etwas abgesetzt westlich vom Ort. Sie wurde wahrscheinlich 1762 neu erbaut und 1848 erweitert.
Auf der alten Gemarkung von Kreuzweiler befindet sich in beherrschender Lage an der Mosel das Schloss Thorn. Der südwestliche Eckpfeiler der Verbandsgemeinde Saarburg ist eine zum Schloss umgewandelte, gut restaurierte Burganlage mit mittelalterlichem Kern. Burg Thorn sah im Mittelalter und in der frühen Neuzeit verschiedene Gechlechter als Lehnsmannen, so die Herren von Rollingen und die von Bübingen. Heutiger Inhaber ist die Familie Baron von Hobe-Gelting.