Funde aus der Mittelsteinzeit (8000-2500 v. Chr.) und den nachfolgenden vorgeschichtlichen Epochen zeugen von früher menschlicher Anwesenheit und Siedlung. Auch aus der Römerzeit finden sich Spuren menschlicher Siedlungstätigkeit in Form von Einzelhöfen. Der von den Alemannen begründete Ort ist erstmals für das 9. Jahrhundert schriftlich nachweisbar („Bussingen“). Eine genauere Datierung stammt aus dem Jahr 991 („Bussinga“).
Im Mittelalter gehörte Bissingen den Grafen von Vaihingen. Von ihnen kaufte 1339 Graf Eberhard II. von Württemberg die eine Ortshälfte. Die andere blieb als Lehen von den Grafen von Vaihingen in den Händen der Herren von Sachsenheim, bis sie 1480/81 und 1561 gleichfalls an Württemberg gelangte.
Die evangelische Kilianskirche ist in ihrer heutigen Gestalt 1517/20 entstanden. Bemerkenswert sind ihre 1677 und 1691 entstanden Wandmalereien. Die zweite evangelische Pfarrkiche wurde 1965, die katholische Pfarrkirche 1970 erbaut.
Das 17. Jahrhundert brachte für Bissingen große Zerstörungen. Es wurde im Jahr 1634 durch kaiserliche und 1693 durch französische Truppen zum großen Teil durch Brand zerstört.
Eine wichtigte Wegmarke der wirtschaftlichen Entwicklung war 1765 die Erbauung einer Porzellanmühle zur Versorgung der Ludwigsburger Manufaktur, seit 1824 Quarzmühle zur Wetzsteinherstellung. Große Bedeutung hatte die Flösserei auf der Enz, für welche ein Holzgarten (1750) angelegt sowie ein Floßkanal (1744) und eine Holzstraße nach Ludwigsburg (1775) erbaut wurden. Die Bissinger Mühle wurde ab 1904 zur größten Getreidemühle Württembergs ausgebaut. Von 1909 bis 1912 hatte die von Wilhelm Maybach als Tochter der „Luftschiffbau Zeppelin“ (Friedrichshafen) gegründete „Luftfahrzeug-Motorenbau GmbH“ ihren Sitz in Bissingen.
1945 lag Bissingen zwei Wochen im Bereich der Front, es kamen dabei 38 Menschen ums Leben. 1953 wurde der zu Großsachsenheim gehörige Weiler Untermberg nach Bissingen eingemeindet. Am 1. Januar 1975 bildete der Ort zusammen mit Bietigheim die Stadt Bietigheim-Bissingen.
Bis 1807 war der Ort Teil des Oberamts Markgröningen, ab 1938 des Oberamts (seit 1938 Landkreis) Ludwigsburg.