Op het grondgebied van Ermelo zijn nederzettingen gevonden, die tot de oudste nederzettingen van de Vale Ouwe worden gerekend . De eerste overblijfselen van bewoning van dit gebied dateren uit 2300 v. Chr. De bewoners van dit gebied in de prehistorie en de bewoners uit de late en vroege bronstijd, hebben een aantal grafheuvels achtergelaten. Deze grafheuvels zijn te vinden op de Groevenbeekse en de Ermelose heide. Op en net buiten Nieuw Groevenbeek zijn grafheuvels in de buurt van de Kozakkenberg te vinden.
Dat de stuwwal bij Ermelo in de Romeinse tijd werd bewoond, is zeer aannemelijk. Dit blijkt uit resten, die gevonden zijn van een Romeins marskamp ten noorden van Speuld en Drie. In 2020 zijn de resten van een ander Romeins Marskamp ontdekt langs de Oude Arnhemse Karweg, ongeveer 500 meter van de grens van Nieuw Groevenbeek. Na de Romeinse tijd hebben Germaanse stammen, de Franken en de Saksen zich permanent in het gebied gevestigd. In de Saksische tijd hebben zich rond een tempel in het Ermelose Woud, waar de Saksische halfgod Irmin werd aanbeden, vele godsdienstoorlogen afgespeeld.
Ermelo en Putten dateren waarschijnlijk uit de 9e eeuw. Dit waren kleine dorpen met daaromheen een aantal akkers (de Eng). Vanuit de Kerkbrink, een centrale open ruimte, werden de schaapskudden via onverharde wegen naar omliggende heidevelden gedreven.
In de middeleeuwen werd de Oude Arnhemse Karweg aangelegd, die de westelijke en oostelijke Veluwse Hanzesteden met elkaar verbond.
