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Die ersten Besiedelungsspuren in Hettlingen gehen auf die Jungsteinzeit zurück. Aus römischer Zeit wurden in der Nähe der Kirche Reste eines römischen Gutshofes gefunden. Um 700 gab es in Hettlingen eine frühmittelalterliche Kapelle, und es wurden alemannische Gräber aus dieser Zeit gefunden. Im Zuge geophysikalischer Untersuchungen konnten 1995 archäologische Abklärungen ein digitales Geländemodell des Areals der ehemaligen Wasserburg erstellen. So konnten mit Hilfe des Radars die Lage des Grabens, der Umfassungsmauer und des Wohnturms erfasst werden.[9]
1223 werden die Herren von Hettlingen erstmals erwähnt, kyburgische Gefolgsleute, die im 1752 abgebrochenen Wasserschloss Hettlingen residierten. 1434 erwarb die Stadt Winterthur Hettlingen, in dessen Besitz das Dorf bis zum Ende der alten Herrschaft 1798 blieb. 1857 wurde das Dorf durch die Rheinfallbahn erschlossen. Heute ist das Dorf eine Agglomerationsgemeinde der Stadt Winterthur.