Avant son changement de nom pour celui de La Mailleraye-sur-Seine (décret officiel publié le 29 janvier 1910), la commune s’appelait Guerbaville, dont la paroisse est attestée en 1225. La Mailleraye (La Mesleree mentionnée en 1185) n’était alors qu’un hameau de Guerbaville, centré autour du château relevant du marquisat de La Mailleraye et de son port en bord de Seine. Le bourg de Guerbaville, quant à lui, s’organisait autour de l’église Notre-Dame-et-Saint-Mathurin, le presbytère, l’école de filles et les maisons anciennes de la rue de l’église, du chemin du Roy et de la rue Fouque. Au XIIIe siècle, les seigneurs de La Mailleraye cèdent à l'abbaye de Saint-Wandrille leur droit de passage sur la Seine avec la réserve de leur franc passage. En 1595, Antoine Delisle, maître verrier à La Mailleraye façonnait du verre à l'usage des patenôtriers, les habitants alentours fabriquant les chapelets jusqu'au XVIIIe siècle, mais la verrerie n'a laissé aucune trace. Deux moulins à vent sur pivot figurent sur un plan du XVIIIe siècle à Guerbaville. En 1876, sont encore signalés un petit port de régates, des chantiers de construction de navires et le passage d'eau de la Mailleraye au Trait.

En 1906, la commune se compose de neuf hameaux et totalise un total de 1164 habitants, dont 531 pour la partie agglomérée du chef-lieu.

Au moment de son changement d’appellation, la question fit débat au sein du conseil municipal avec d’un côté ses partisans, de l’autre ses adversaires. Le maire, M. Nain, y était favorable pour plusieurs raisons :

- bien que la commune s’appelle Guerbaville, son nom usuel est déjà celui de La Mailleraye du fait de la renommée de son port maritime,

- la gare située sur la ligne de chemin de fer reliant Barentin à Caudebec s’appelle Guerbaville-la-Mailleraye tandis le service des Postes a pour désignation La Mailleraye, ce qui peut prêter à confusion dans les expéditions de courrier ;

A l’inverse, pour les membres de la 2e commission, opposés au projet, l’appellation de Guerbaville est tout à fait justifiée : « Depuis un temps immémorial, cette localité porte le nom de Guerbaville, tandis qu’il n’est question de La Mailleraye (c’est-à-dire lieu planté de néfliers) qu’à partir du XIIIe siècle, époque vers laquelle fut construit un château dont les premiers habitants furent les seigneurs particuliers de cet endroit ».

Finalement, l'argument commercial pesant davantage que la justification historique, le conseil municipal décide d’adopter le nouveau nom de La Mailleraye-sur-Seine.

La boucle de Brotonne est protégée par arrêté ministériel du 24/11/1972 au titre des monuments naturels et sites protégés. En site inscrit, toute modification doit faire l’objet d’une déclaration quatre mois au préalable auprès de l’Architecte des Bâtiments de France et tout permis de démolir doit faire l’objet d’un avis préalable conforme (c’est à dire obligatoire) de l’Architecte des Bâtiments de France.

Une réflexion était engagée de longue date pour la fusion des cinq communes de la presqu’île de Brotonne, accélérée par une réforme à la baisse des dotations de l’État aux communes, suspendue pour les communes qui décideraient de s'unir avant le 31 décembre 2015. Dans ce cadre, la commune nouvelle, issue du regroupement des deux seules communes de La Mailleraye-sur-Seine et Saint-Nicolas-de-Bliquetuit, qui deviennent à cette occasion des communes déléguées, est créée au 1er janvier 2016 par un arrêté préfectoral du 16 décembre 2015. Arelaune-en-Seine est donc créée le le 1er janvier 2016.