I reperti dimostrano che la zona di Mestrino era abitata già in epoca romana. L'insediamento umano era favorito dal transito della via Gallica, che collegava la vicina Padova a Torino, nonché dalla fertilità dei terreni bagnati dal Bacchiglione. Nello stesso periodo si colloca l'origine delle due frazioni; ad Arlesega, in particolare, doveva sorgere un fortilizio, distrutto durante le invasioni barbariche e riedificato nel medioevo.

Dopo la caduta dell'Impero Romano, il territorio subì una serie di sconvolgimenti naturali che ne provocarono l'abbandono. Già nel IV secolo si era verificato un violento terremoto, mentre nel 589 avvenne la cosiddetta rotta della Cucca, una devastante alluvione che stravolse l'idrografia di tutto il Veneto. L'area si risollevò solo con le opere di bonifica intraprese dai benedettini, che proprio a Mestrino aprirono un monastero (maschile e più tardi femminile) con ospizio annesso; continuò a funzionare sino al 1384 quando, in seguito a un disastroso incendio, le monache lo abbandonarono per trasferirsi a Padova. Frattanto a Lissaro, che allora rappresentava il principale centro abitato, era stata istituita una pieve (citata dal 1077).

Il medioevo viene ricordato anche per le lotte che opposero i comuni di Padova e Vicenza e che colpirono particolarmente la zona a causa del transito della via Gallica. Solo con l'avvento dei Carraresi si ebbe un periodo di stabilità che portò anche a una certa prosperità economica. Questa situazione florida continuò anche sotto il successivo dominio veneziano che portò numerose famiglie patrizie a investire nell'agricoltura della terraferma. In questo periodo vennero innalzate le ville venete tuttora esistenti. Si trattò, in ogni caso, di un benessere relativo in quanto la popolazione locale, in massima parte contadina, continuò ad essere a soffrire miseria, fame e pestilenze.

L'avvento di Napoleone provocò un nuovo periodo di instabilità che si concluse nel 1815 con la definitiva annessione del Veneto all'impero Austriaco. Quest'ultima amministrazione, per quanto fosse accolta con sollievo dopo la dominazione napoleonica ed avesse alcuni aspetti positivi nella gestione della res publica, fu osteggiata da una parte della popolazione che mal ne tollerava il carattere neo-assolutista e alcuni mestrinesi si iscrissero alla società segreta dei Masenini. La tensione e il malcontento salirono con l'epopea della repubblica di San Marco del 1848 e con lo scoppio di nuove epidemie che stremarono gli abitanti.

L'annessione al regno d'Italia, felicemente salutata da una parte della popolazione, non bastò a risolvere la secolare miseria dei contadini e molti furono costretti a emigrare all'estero. Dopo la tragedia delle due guerre mondiali, Mestrino si risollevò convertendosi da modesta località agricolo a centro industriale e commerciale. La principale squadra di calcio della città è S.S.D. A.R.L. Mestrino Calcio che milita nel girone C veneto di Eccellenza. I colori sociali sono: il verde ed il bianco. È nata nel 1949. Ma a Mestrino si trovano anche la società di pallamano che si chiama Pallamano Mestrino e anche una società di pallacanestro (Raptors Mestrino). Inoltre è presente una società pallavolistica, la Volley Eagles.