Monterenzio si allunga sul crinale che divide la valle dell'Idice da quella del Sillaro, e quel crinale, in epoca preromana, era una strada fra due mondi: collegava l'Etruria settentrionale alla pianura padana. Le due aree archeologiche più importanti lo raccontano: l'insediamento etrusco-celtico di Monte Bibele, poco a sud di Bisano, sulla sinistra dell'Idice, e la necropoli di Monterenzio Vecchio, qualche chilometro più a sud, sul crinale. Etruschi e celti insieme, in un territorio di passaggio e di attrito. Quel mondo finì nel 187 avanti Cristo, quando il console Gaio Flaminio completò la conquista dell'Appennino piegando definitivamente le popolazioni liguri; e proprio sul crinale della necropoli passa uno dei tracciati proposti per la strada che il console fece costruire in quell'anno, la via Flaminia Minor, di cui parla Tito Livio.
Il paese, come nome, compare molto più tardi, e compare addosso a una persona: il primo documento che ne attesta indirettamente l'esistenza è del 998, un placito tenuto a Imola da Olderico come messo dell'imperatore Ottone III, e fra i giudici chiamati c'è un Teucio di Monte Renzolo. Erano gli anni delle incursioni degli ungari, e in tutta Europa sorgevano fortilizi attorno ai quali si radunavano le comunità: il castrum di Monterenzio nacque allora, e le sue ultime vestigia stanno oggi in una casa colonica che si chiama Torre dei Pagani. Il territorio è pieno di geositi: le salse di Sassuno, che qui chiamano il Dragone, con i loro fenomeni eruttivi; i Castelloni di Pizzano, detti anche le piramidi del Fantini, oggi poco visibili fra vegetazione e interventi umani; la miniera di Bisano, da cui nella seconda metà dell'Ottocento si estrasse rame per qualche anno; il Sasso della Mantesca, una formazione ofiolitica legata al mito di san Zanobi e un tempo cavata per farne macine; e il Sasso Nero, un'altra ofiolite, che in età medievale aveva in cima uno dei castelli del contado bolognese. Lo stemma comunale è stato riconosciuto nel 1939 e porta il capo d'Angiò, tipico di molti comuni del contado di Bologna.