Il territorio comunale è coperto per circa il settanta per cento dal parco regionale di Veio, e Veio stessa — la città etrusca che rivaleggiò con Roma — sorgeva qui. Dei secoli etruschi restano tombe, manufatti e soprattutto il cosiddetto alfabeto di Formello, un abecedario etrusco arcaico. Dopo la conquista romana di Veio, nel 396 avanti Cristo, la zona si spopolò, e ci volle il 780 perché papa Adriano I vi fondasse la domusculta Capracorum, una grande tenuta agricola nata anche per contrastare l'espansione dell'abbazia longobarda di Farfa. Le incursioni saracene del nono secolo la fecero decadere; fra i suoi fondi ce n'era però uno chiamato fundus Formellum, dove si era sviluppato un abitato che ereditò da Capracorum la funzione di centro del territorio. Dall'undicesimo secolo il borgo fu del monastero di San Paolo fuori le mura e venne probabilmente fortificato, ma crebbe più lentamente di altri paesi con la stessa origine, con ogni probabilità perché stava lontano dalla via Cassia, di là dal fiume Cremera.
Nel 1279 Formello fu concessa in feudo agli Orsini, che le diedero una torre e un fossato; nel 1544 la comunità ottenne uno statuto che regolava i rapporti con i feudatari. Nel 1661 gli Orsini, gravati dai debiti, vendettero il feudo al cardinale Flavio Chigi, e con i Chigi il borgo fu rinnovato: dal 1665, sotto la direzione di Felice della Greca, nacque su preesistenze agricole la villa Chigi-Versaglia. La chiesa di San Lorenzo, che aveva ereditato le funzioni di quella distrutta di Capracorum ed è citata per la prima volta nel 1033, fu ampliata nel 1574 con le navate laterali e ospita gli affreschi attribuiti a Donato Palmieri; l'altare maggiore in marmi colorati, destinato in origine alla chiesa di Sant'Apollinare a Roma, fu collocato qui nel 1744. Nel 1795 vi fu costruita una meridiana uguale a quella della basilica di Santa Maria degli Angeli a Roma, ma esattamente di un terzo delle sue dimensioni: distrutta nel 1958 col rifacimento del pavimento, è stata ricostruita nel 2008.