Préhistoire et Antiquité Le territoire de Chavenay a été peuplé dès le néolithique par des colons venus des plaines danubiennes. On a notamment exhumé, à l’occasion des travaux de la station d’épuration, un riche atelier de taille du silex au bord du ru de Gally, à côté de Mezu (il a été recouvert pour permettre l’achèvement des travaux). Des vestiges identifiés par le service régional d’archéologie d’Ile-de France sur vingt-quatre sites de la commune semblent indiquer que le village de Chavenay est le plus ancien du Pays de Gally. Aux premiers siècles de notre ère, sur les sites de Montilly (au-dessus de Mézu), d’Ancoigny et du Chaisneau (près de l’aérodrome) étaient édifiées des “villae” gallo-romaines. Des voies servaient au passage des troupeaux qui approvisionnaient la capitale, Lutèce. Certains noms sont encore en usage : chemins des Boeufs, chemin des Cochons… Deux voies romaines se croisent au lieu-dit de Mortmoulin. Le christianisme s’est implanté à partir du IIIème siècle. Chavenay relevait du diocèse de Chartres (alors que Saint-Nom-la-Bretèche et Villepreux appartenaient au diocèse de Paris).
Moyen-Age En 820, le territoire de Chavenay est partagé entre le domaine royal et l’abbaye de Saint Germain des Prés. La première trace écrite du nom de Chavenay remonte à une charte de 1003 : le roi de France Robert le Pieux fait don d’une église et de terres aux bénédictines d’Argenteuil ; le prieuré d’Argenteuil gérera Chavenay pendant cinq siècles : les bénédictins remplacent les bénédictines en 1129 à la suite du scandale d’Héloïse et Abélard. Le prieur est représenté par un maire. Le traité de Paris signé entre Saint-Louis et le roi d’Angleterre Henri III met fin à l’insécurité et inaugure une période faste. Le ru de Gally est détourné en hauteur, ce qui favorise l’irrigation … mais aussi les inondations. La région est ravagée par la Grande Peste et la guerre de Cent Ans. A l’issue de la guerre, le Val de Gally est réhabilité par le Prieuré d’Argenteuil. Le Prieuré désirant se séparer de Chavenay, trop éloigné et de peu de rapport, Chavenay est vendu en 1692 à un proche de Louis XIV, Louis Phélipeaux, comte de Pontchartrain, secrétaire à la Marine et futur chancelier. La famille multiplie les actions de bienfaisance. En 1781, à la mort du dernier des Pontchartrain, Louis XVI fait élire une assemblée communale de six membres. En 1837 est construite la 1ère mairie.
Les quartiers nouveaux Le quartier du « Vallon », dans la partie haute du village, a été achevé en 1972. Le nom original du projet était « Les Hauts de Chavenay ». Il devait s’étendre dans le creux vers le chemin de la Tuilerie, au-delà de la route de Saint-Nom la Bretèche (D74), d’où son nom trompeur de Vallon. Toutes ses rues et allées portent des noms d’arbres ou d’arbustes. Il dispose d’une piscine et de courts de tennis, réservés à ses habitants. En 1999, l’évolution démographique du village est caractérisée par un vieillissement de la population, ce qui justifie la construction de 42 nouveaux logements (32 maisons individuelles et 2 collectifs) sur le site le « Champ du Caillou » avec l’arrivée prévue de 147 Chavenaysiens. Cette opération a de ce fait stabilisé la population aux alentours de 1900 habitants et garantie un nombre à peu près constant d’élèves dans nos écoles ainsi qu’une activité économique et commerciale pérenne, pour que Chavenay reste un village à la campagne, aux portes de Paris. Un nouveau quartier, dit des Arches par référence à l’ancien puits carrier du plateau, a été aménagé le long de la rue de Grignon : les 70 logements ont été livrés à l’été 2024, de même qu’une maison médicale.