I primi insediamenti sul territorio comunale risalgono all'epoca romana. In tal senso numerosi sono i reperti venuti alla luce tra il XIX ed il XX secolo che richiamano chiaramente la presenza di insediamenti stabili. Numerose sepolture, con annessi corredi funerari comprendenti monete, utensili e suppellettili, evidenziano tuttavia la presenza di numerose villae rusticae sparse, senza che si fosse sviluppato un vero e proprio borgo: queste infatti facevano riferimento al pagus del vicino borgo di Cortenuova.La caduta dell'impero romano portò un periodo di instabilità politica, causato dalle invasioni barbariche, durante le quali giunsero in Italia i Longobardi.   Questa popolazione si stabilì sul territorio di Martinengo, come si evince dai ritrovamenti inerenti quel periodo, ed in particolar modo dal significato del toponimo: Martinengo, difatti sta a significare proprietà di Martino, con la caratteristica desinenza longobarda -engo. I nuovi colonizzatori, dopo la loro conversione al cristianesimo, vi fondarono alcuni edifici sacri dedicati al culto dei loro santi protettori, tra cui San Giorgio, Santa Agata Il primo documento scritto in cui viene fatta menzione di Martinengo è un testamento risalente al 774, nell'epoca a cavallo tra la dominazione longobarda e quella dei Franchi.   Con questi nuovi occupanti, che diedero vita al Sacro Romano Impero, si verificò lo sviluppo del feudalesimo che segnò una nova epoca per il borgo di Martinengo.   Inizialmente assegnato dalla diocesi di Bergamo, venne presto messo sotto la giurisdizione della famiglia dei Gisalbertini. Questi posero la loro dimora nel castello longobardo, a cui apportarono sostanziali modifiche tra cui un fossato ed un'imponente terrapieno difensivo, a cui si poteva accedere tramite due ingressi: la Porta del Tombino (oggi porta Garibaldi) e la Porta del Bonovo (oggi porta Giovanni XXIII), rendendolo il centro della vita della popolazione.   L'importanza che questa famiglia ebbe per il paese è ancora visibile nello stemma comunale in cui capeggia un'aquila rossa su sfondo oro, simbolo della famiglia, che ben presto sostituì il nome del casato con quello del paese stesso.   I conti Martinengo però, nel corso del XII secolo, decisero di trasferirsi nel vicino castello di Cortenuova, costruito in seguito alla concessione di quei territori da parte del vescovo di Bergamo Ambrogio Martinengo, loro parente. La loro partenza pose di fatto termine alla signoria nel paese, che acquisì l'autonomia comunale come testimoniato da documenti datati 1221.   Questa esperienza politica ebbe vita breve, dato che Martinengo venne coinvolto nelle lotte tra guelfi e ghibellini e cominciò a gravitare nell'orbita della città di Bergamo.   Il XIII secolo si caratterizzò anche per un grande incremento demografico, dovuto in gran parte all'immigrazione di numerose famiglie in fuga dal vicino territorio di Cortenuova, borgo raso al suolo da Federico II nella battaglia di Cortenuova il 27 novembre 1237.   Nel XIV secolo il potere passò nelle mani della famiglia milanese dei Visconti che concesse al paese numerosi privilegi, ma lo impegnò in ulteriori scontri con la Repubblica di Venezia, intenzionata ad impossessarsi di questi territori. Le dispute terminarono con la pace di Ferrara che, il 5 maggio 1428, sancì il passaggio di Martinengo alla Serenissima, la quale diede in concessione i territori comunali al condottiero Bartolomeo Colleoni.   Quest'ultimo vi costruì numerosi edifici, tra cui la Casa del Capitano, sua residenza nel paese, il monastero di Santa Chiara ed un convento francescano, nonché compì nuovi interventi sulla cinta muraria del borgo.