Les premières traces du passage de l'homme remontent au chalcolithique ou âge du cuivre : un poignard à encoches en silex trouvé dans un champ vers 1970 Avant la conquête romaine, Lentilly était probablement englobé dans le territoire des Ségusiaves, qui étaient installés à peu près dans les limites des départements du Rhône et de la Loire. Récemment, des fouilles préventives sur le tracé de l’autoroute A89 ont révélé des traces d'occupation gauloise au lieu-dit "Les Fourches". Du fait de la proximité de Lyon, la civilisation gallo-romaine a dû s'implanter rapidement. Les vestiges en sont nombreux : un aqueduc, un petit temple (fanum), un trésor monétaire, une petite exploitation agricole, et de nombreux fragments de tuiles à rebords et tessons de céramique en divers endroits. Plusieurs auteurs ont signalé une voie romaine, conduisant de Lyon à Roanne, sans la situer avec précision. Le nom de Lentilly provient probablement du nom de famille romain "Lentulus". Il est mentionné pour la première fois dans un document rédigé en 975. En 857 est cité le hameau de Mosouvre.
Depuis au plus tard le 12ème siècle jusqu'à la Révolution, Lentilly était sous la dépendance des comtes de Lyon, qui y rendaient la justice, percevaient la plus grande partie des droits seigneuriaux et la dîme, et nommaient les curés. Au début, l'archevêque était seul comte, puis le titre devint collectif et passa aux chanoines du chapitre Saint-Jean de Lyon. La seigneurie de Cruzol percevait des droits féodaux sans exercer la justice. Les habitants étaient presque tous des paysans propriétaires des terrains plus ou moins étendus qu’ils cultivaient. Une minorité étaient métayers ou fermiers du clergé ou de bourgeois de Lyon. Quelques artisans et commerçants fournissaient un minimum de services. Aucun événement notable n’a laissé de traces pendant cette période, alors que la paroisse était traversée par la route de Paris à Lyon par le Bourbonnais, empruntée par les rois et leurs armées. La période révolutionnaire ne semble pas avoir été marquée par des excès patriotiques. Après la confiscation des biens du clergé, leur acheteur principal, soupçonné de trafiquer avec les émigrés, fut guillotiné à Paris. Deux autres lentillois furent victimes de la répression de l’insurrection lyonnaise. Dans cette période troublée, la commune fut le théâtre de nombreuses attaques perpétrées par des bandes de brigands, le plus souvent sur le grand chemin de Paris.
Rien d’extraordinaire non plus jusqu’à la guerre de 1914-1918. La population double entre 1770 et 1880, pour redescendre ensuite. Les paysans sont toujours largement majoritaires en nombre, et propriétaires de la moitié des terrains. Leur sort s’améliore grâce à des routes en meilleur état et la ligne de chemin de fer ouverte en 1876, qui permettent de vendre facilement la production à Lyon. Les bourgeois lyonnais prennent une place importante, achetant des terres et se faisant construire de belles maisons où ils viennent à la belle saison mener une vie de châtelain. Après le traumatisme de la première guerre mondiale, la commune traverse une période de stagnation. La population se stabilise au niveau de 1000 habitants, aucune maison ne se construit, les jeunes s’en vont. La guerre frappe le village en juin 1940. Après quelques combats, les troupes allemandes de la division Totenkopf fusillent 16 tirailleurs sénégalais. A partir de 1960, tout change et très vite. La proximité de Lyon et le charme de la campagne attirent une population de plus en plus nombreuse : 1200 habitants en 1962, plus de 6000 en 2017. En même temps le paysage est bouleversé ; les constructions grignotent l’espace agricole et enserrent les anciens chemins. S’il y a encore des cultures, seuls quelques agriculteurs ont subsisté. Les vignes et les vergers ont pratiquement disparu, les chevaux de selle sont aussi nombreux que les bovins dans les prairies.