Sur le passage d'une voie romaine, la commune a connu des appellations successives depuis le début du XIIe siècle (telle que Membrerola en 1116 ou Membrerolia en 1467), avant de devenir La Membrolle-sur-Longuenée. Etymologiquement, il semble que l’origine du mot "membrolle " signifie démembrement, ou zone séparée d’un ensemble plus vaste.

On peut établir un lien direct entre le développement du bourg et le passage de la voie romaine qui reliait Angers au Lion d’Angers et à Laval, dont la RN 162 suit fidèlement le tracé. La Membrolle se situait à la confluence de voies très fréquentées dès le Xe siècle (le chemin de "La Roussière", port important sur la Mayenne à l’époque, et le chemin de la "Chapelle Glain").

Sa localisation, à mi-chemin d’Angers et du Lion d’Angers, constituait un site idéal pour y organiser un relais, autour duquel les moines de l’abbaye de Saint-Serge construisirent la première église, au XIIe siècle. Cette implantation permit le développement d’une petite agglomération. Ainsi, La Membrolle devint rapidement un bourg dynamique, comme en témoigne la présence de deux hôtels, de marchands de tissus, de menuisiers, de tisserands, de maçons, de sabotiers et même d’un chirurgien.