Il nome viene da sant'Orso, e la leggenda che lo spiega è forte. Orso era un nobile francese vissuto al tempo di Carlo Magno e diventato re di Dalmazia; in un accesso d'ira, scatenata dalla gelosia, uccise il padre, la moglie e il figlio. Pentito, chiese perdono a papa Adriano I, che insieme all'assoluzione gli impose come penitenza il pellegrinaggio a tutti i santuari allora conosciuti. Quando arrivò a Salzena, ai piedi del monte Summano, capì di essere giunto alla meta; ma appena cominciata la salita del monte, il 3 maggio dell'anno 800, morì, e la gente del posto lo trovò con il bastone da pellegrino fiorito. Le sue reliquie stanno oggi nel santuario che sovrasta il paese. Ci sono anche ipotesi più prosaiche: che il nome venga dai conti di Vicenza, imparentati con gli Orseolo, oppure dalla famiglia longobarda dei Beroaldi, perché in tedesco Bär vuol dire orso.
In epoca romana l'abitato si chiamava Salzena ed era una delle ville più ricche del Vicentino: a Prà Laghetto sono venuti alla luce i resti di una villa con statuette di bronzo, fra cui una Vittoria alata. La strada che veniva da Vicenza faceva da cardine alla centuriazione dell'Alto Vicentino, e in tutta la zona del Summano fioriva l'arte della lana — la località Garziere ricorda ancora la cardatura. Nel 910, per far fronte alle incursioni degli ungari, l'imperatore Berengario I donò al vescovo di Vicenza tre curtes, fra cui quella di Salzena, e il vescovo riempì il territorio di castelli. Le contese fra i vescovi e i conti Maltraversi, che quei feudi tentavano di usurpare, finirono nel sangue: nel 1184 il vescovo Giovanni de Surdis Cacciafronte fu ucciso da un sicario di Malo, e nel 1202 il suo successore Pistore morì in uno scontro presso il castello di Belvicino. Fra il 1474 e il 1480, infine, a Santorso funzionò la prima stamperia a caratteri mobili del Vicentino, fondata in villa Ca' Zeno dal ricco commerciante e cartaio Enrico da Ca' Zeno con il figlio Giovanni Maria: ci lavorarono Giovanni del Reno e Leonardo Achates da Basilea, arrivati da Padova.