Auf dem Würenloser Gemeindegebiet haben schon sehr früh Menschen Siedlungen gebaut. Funde lassen darauf schliessen, dass dies bereits in der jüngeren Steinzeit - mit Sicherheit aber in der Bronzezeit - geschah.
Die römische Heeresstrasse Vindonissa (Windisch) - Vitudurum (Winterthur) - Brigantium (Bregenz) führte im Norden über das heutige Gemeindegebiet. Zur Römerzeit wurden im Würenloser Steinbruch mächtige Bausteine gebrochen. Die abgebauten Platten fanden zur Römerzeit Verwendung für Säulensockel, Schwellen und häufig für Mühl- und Meilensteine. Dieser Steinbruch gehört zu den besterhaltenen Zeugen römischer Steinabbautechnik.
Über das frühe Mittelalter ist wenig bekannt; alemannisch sprechende Menschen wanderten aus dem Norden ein und bildeten hier eine langsam wachsende Dorfgemeinschaft. Im Jahre 870 taucht der Name "Wirchilleozha" erstmals in einer Schenkungsurkunde des Grundherrn Landeloh auf (heute im Stiftsarchiv St. Gallen).
Neben der Gemeinde Würenlos entstanden auch die Gemeinden Kempfhof und Oetlikon, wobei die einzelnen Höfe verschiedenen Grundherren zinspflichtig waren. Wichtige Herrschaftswechsel brachte das frühe 15. Jahrhundert. 1415 eroberten die Eidgenossen die Grafschaft Baden und andere Teile des heutigen Aargaus von den Habsburgern und übernahmen damit auch die hohe Gerichtsbarkeit. Auf der Ebene der Grundherrschaft hatte inzwischen das 1227 gegründete Kloster Wettingen im Limmattal viele Güter geschenkt erhalten oder gekauft. 1421 wurde das Kloster in Würenlos zum wichtigsten Grundherrn, der auch Gericht hielt. Im Staatsarchiv in Aarau zeugt eine Kaufurkunde von der Besitznahme "um Kirche und Niedergericht zu Würenlos."
Während 377 Jahren, also bis 1798, prägte anschliessend das Kloster Wettingen das Gemeindeleben in Würenlos. Das ging nicht ohne Auseinandersetzungen, da die Würenloser Bauern ihre Höfe und Äcker nicht als Lehen des Klosters, sondern als ihr Eigentum betrachteten. Hinzu kam nach der Reformation das zusätzliche Problem der Glaubenspaltung: Ein Teil der Würenloser Dorfbewohner war trotz Klosterherrschaft zum reformierten Glauben übergetreten, wobei die (Alte) Kirche beiden Pfarrgemeinden diente.
Neue Verhältnisse bahnten sich mit der französischen Revolution an. 1798 marschierten die Franzosen in die Schweiz ein und beendeten die Zeit der gnädigen Herren; die Grafschaft Baden war nun nicht mehr "Gemeine Herrschaft" der Eidgenossen, sondern Teil zuerst des Kantons Baden (1798 - 1802) und seit 1803 des neuen Kantons Aargau. Alle Bürger sollten nun vor dem Gesetze gleich sein, die Gerichtsherrschaft ging an Bezirks- und Kantonsgerichte über.
Diese unruhige Zeit brachte auch Würenlos böse Kriegswirren; 1799 verlief die Kriegsfront direkt an der Limmat mit Franzosen in Killwangen und Russen und Österreichern in Würenlos.
Nach der Franzosenzeit gingen die Kantone vorerst wieder eigene Wege. Der junge Aargau ging damals besonders radikal an die Erneuerungen und hob 1841 die Klöster überhaupt auf, auch die früher so mächtige Abtei Wettingen. Diese Auseinandersetzungen führten erneut zu Streit und 1847 zum letzten Krieg innerhalb der Schweiz (Sonderbundskrieg), der anschliessend 1848 zu einem neuen Bundesstaat führte, dessen Verfassung erstaunlich ausgewogen gestaltet wurde, so dass sie in ihren Grundstrukturen noch heute (auch nach der Totalrevision von 1999) voll gültig ist. Und noch ein für Würenlos wichtiges Detail: Die Klosteraufhebung im Aargau musste unter dem Druck der anderen Kantone teilweise rückgängig gemacht werden; die Frauenklöster durften wieder aufleben und damit auch das Kloster Fahr, dessen kleines Gebiet seit 1798 eine von zürcherischem Boden umschlossene Enklave des Kantons Aargau darstellt und verwaltungsmässig der Gemeinde Würenlos angegliedert ist.
1847 wurde in unserer Gegend die moderne Zeit der Technik sichtbar. Die Spanischbrötlibahn dampfte als erste Eisenbahn der Schweiz von Zürich nach Baden. 1877 folgt die Bahnlinie von Baden-Wettingen nach Oerlikon, wobei Würenlos eine eigene Station erhielt. Aber noch immer war es eine bäuerliche Welt mit sehr bescheidenen öffentlichen Diensten und nach Gemeinde und Konfession getrennten Schulen für Würenlos, Kempfhof und Oetlikon.
Um 1890 begann der Kanton, kleine Gemeinden zur Fusion zu drängen, und im Jahr 1900 erfolgte die Zusammenlegung der Gemeinden und Schulen von Würenlos, Kempfhof und Oetlikon.
Einen umgekehrten Weg gingen die beiden Kirchgemeinden. Die seit der Reformation von Katholiken und Protestanten paritätisch genutzte Kirche (heute "Alte Kirche") war zu klein geworden. Beide Kirchgemeinden bauten 1937 eine neue Kirche samt Friedhof, weshalb Würenlos heute noch zwei konfessionell getrennte Friedhöfe unterhält.
Im 20. Jahrhundert wurde Würenlos immer mehr auch Wohngemeinde für Menschen, die nicht mehr in der Landwirtschaft, sondern in der Industrie arbeiteten; anfänglich vor allem in Baden, seit dem 2. Weltkrieg immer mehr aber auch in Zürich und in den ausgedehnten Industriegebieten des Limmattals. Die Verkehrsgunst der Gemeinde mit Autobahn und S-Bahn hat zu einem starken Wachstum der Einwohnerzahl geführt.
Seit dem 1. Januar 2008 gehört auch die aargauische Exklave "Kloster Fahr", die von zürcherischem Boden umschlossen ist, politisch zur Gemeinde Würenlos. Zuvor bildete das Kloster Fahr zwar bereits aargauisches Staatsgebiet, gehörte indessen zu keiner aargauischen Gemeinde - ein Sonderfall in der Schweiz. Da die Exklave jetzt zum Gemeindegebiet von Würenlos gehört, ist auch die zürcherische Gemeinde Unterengstringen zu einer Nachbargemeinde von Würenlos geworden.