Le nom de Guenouville est attesté sous la forme Gonnovilla en 1210. L’étymologie du nom Guenouville est formé à partir de "ville", appellatif signifiant "domaine rural", précédé du nom de personne, Gunnolfr ou de sa variante Gunnúlfr (en vieux danois). Honguemare apparaît sous la forme Hanguemara vers 1060. Son nom est formé à partir de "mare", appellatif d'origine anglo-scandinave. Il est précédé de "Hang", mot issu du vieux norrois (ou islandais) désignant la pente ou un nom de personne.

Les populations se sont implantées sur le plateau à partir de la fin de l'âge du Fer (vers 400 avant J-C). Les importantes opérations d'archéologie préventive, menées entre 2002 et 2010 à la jonction des autoroutes A.13 et A.28, puis sur la ZAC du Roumois nord, ont permis d’explorer l'extrémité sud de la commune, sur une zone de plus de quarante hectares, entre le « Moulin Vaquet » et le « Hameau du Pin ». La ferme du Pin, siège d’une exploitation agricole, établie dès la fin du IIe siècle avant J.-C., est intégralement fouillée en 2003. Les vestiges retrouvés indiquent que le site a été occupé en permanence de l’Antiquité à la période contemporaine, avec des réaménagements au cours du Moyen-Age et de l’époque moderne.

Au XIe et XIIe siècles, Honguemare appartient aux seigneurs de Tancarville. En 1180, Philippe de la Rivière, vassal de la comtesse de Montfort, fait construire l'église Notre-Dame dont la gestion est confiée au prieuré de Bourg-Achard. En 1385, la seigneurie est aux mains de Jean Le Vavasseur, écuyer et échevin de Rouen, conseiller de l’Échiquier de Normandie. Sa fille Jeanne, par son mariage avec Jean II Toustain, la transmet à cette illustre famille qui le conserve près de 300 ans. Au milieu du XVe siècle, les Toustain s'allient aux Frontebosc, également propriétaires du château d’Hautonne à Bosgouet (commune limitrophe). Après les dégâts provoqués par les guerres de Religion, la famille entreprend la reconstruction du château de Honguemare en 1625.

Du XIIe au XIVe siècle, la famille Malesmains, originaires de Berville-en-Caux, possède le village de Guenouville et le patronage de l'église paroissiale Saint-Nicolas (détruite), autrefois voisine du manoir de Guenouville, construit au XIIIe siècle. Le domaine passe au XVe siècle à la famille de Dreux, puis au début du XVIe siècle à Louis de Brézé, comte de Maulévrier et grand Sénéchal de Normandie (marié en secondes noces à Diane de Poitiers). Avec le morcellement des seigneuries, l’ancienne paroisse de Guenouville est divisée au XVIIe siècle en plusieurs fiefs, dont celui d’Yville-sur-Seine qui appartient à François d’Espinay, marquis de Saint-Luc et le celui d’Estrehan, entre Hauville et le hameau de la mare Guérard, qui dépend du seigneur de La Haye.

Les deux communes de Honguemare et de Guenouville ont été réunies le 28 avril 1855. Frédéric Le Boucher, notaire, devient le premier maire de la nouvelle commune de Honguemare-Guenouville.