La ville tire son nom de la dévotion à la Vierge Marie « Notre-Dame » et de la vallée où elle est située (« Bondeville » vient de « bonne vallée »). L’histoire de Notre-Dame de Bondeville est étroitement liée à l’industrie textile, en particulier au XIXe siècle, époque où la région a vu le développement des filatures et tissages. Un des sites les plus emblématiques de la ville est le Musée Industriel de la Corderie Vallois, un ancien moulin textile reconverti en musée, qui témoigne de cette époque prospère pour la ville.

L’histoire de Bondeville est marquée par celle du prieuré des religieuses de l’ordre de Citeaux qui s’y établit vers 1150. Le petit monastère, placé sous le vocable de Saint-Denis, a parmi ses bienfaiteurs les seigneurs les plus illustres, archevêques, rois de France et d’Angleterre. Le pape Clément XI accorda des indulgences à son église. En 1258, le prieuré comptait une trentaine de religieuses.

En 1472, c’est au tour de Antoine de Chabannes, comte de Dammartin, grand maître de France, d’y loger avec ses troupes. Il part deux jours après en apprenant que toutes les forces de Charles le Téméraire marchent sur Bondeville où elles projettent de s’établir pour attaquer Rouen. En 1657, le monastère est élevé au rang d’abbaye royale, incendié en grande partie en 1778, et rebâti aussitôt en pierre de taille, il est supprimé en 1790.

À partir du XIXe siècle, une spécialisation dans la production de textile a permis le développement de l’industrie, fait de coton imprimé « les indiennes ». L’essor économique fut si intense que l’ensemble de la vallée fut nommé « la petite
vallée de Manchester », en comparaison avec la grande métropole britannique. Cette activité offrira à Notre-Dame de Bondeville, l’idenitité paysagère que nous retrouvons aujourd’hui à travers les vestiges industriels et les anciennes cités ouvrières constituées de briques et silex.