«Entre 954 et 960, il est fait, pour la première fois, mention d'un édifice religieux, simple chapelle à " Mittani-Villare" (Cartulaire de l'Abbaye de Saint-Père-en-Vallée).
Le cartulaire (recueil des titres de propriété) de cette abbaye bénédictine, aujourd'hui Saint Pierre de Chartres, mentionne un vicaire à "Mittenvillari" en 1070. "Mittenvillari" était l'un des 24 prieurés dépendant de l'évêque de Chartres: Aganon. Par la suite, un vicaire est de nouveau mentionné en 1102 puis en 1106-1107.
Le Pouillé (état des bénéfices) du diocèse de Chartres, rédigé vers 1250, nous apprend que "Miteinvilla " a une population de 80 feux et qu'elle rapporte à l'abbé de Saint Père 30 livres par an. Ce texte mentionne pour la première fois le saint patron de l'église : Saint Rémi.
Saint Rémi, parrain de Saint Arnoult, était un compagnon de Clovis, roi des Francs, qu'il baptisa en la cathédrale de Reims en 496.
Le manuscrit de Dom Aubert Bernard : "Véritable inventaire de l'histoire de la royale abbaye de Saint-Père-en-Vallée" (Bibliothèque Nationale), écrit en 1672, fait mention dans le catalogue des prieurés, sous l'Archidiaconat de Pinserais, de "la cure de Saint Rémy de Mitainville".
On attribue la construction de l'église de Mittainville à Dragon de Rézeux vers 1215. Cet édifice en pierre aurait remplacé l'ancienne chapelle, peut-être en bois.
Un document retrouvé aux archives de Versailles date de 1259. Louis IX. plus connu sous le nom de Saint Louis était alors roi de France. Ce parchemin fait état d'une contestation de dîmes entre le curé de Mittainville, l'Abbé Gauthier, et le prieur de Saint Thomas d'Epemon. Elle porte sur 35 arpents de terre.
La paroisse de Mittainville faisait partie du bailliage de Montfort, ainsi qu'il en résulte des registres destinés à inscrire des baptêmes, mariages et sépultures, de 1668 à 1690. Ce fief mouvant du comté de Montfort l'Amaury était la possession de l'évêque de Chartres. Dans les titres .de propriété, recensés dans «l'aveu» du 26 novembre 1771, (Archives départementales, série E), nous trouvons vers 1218 Guillaume de Gravelle, seigneur de La Boissière, du Val Garengis, de Houx et de Mittainville. Puis se succèdent: Charles Blanchard en 1492, Gilles Polin en 1496 et Charles Poncel Au 16ème  siècle sont mentionnés: Philippe Gascon en 1528 puis Charles de Martel en 1544.

Sous Louis XIII en 1622, un Charles Martel (fils de Chartes de Martel) est seigneur de Mittainville. La famille de Saint Pol détiendra la seigneurie de Vacheresses la Haute et de Mittainville à partir de 1630 jusqu'en 1763. Le 18 mai 1763, Eustache de Malebranche, seigneur de La Boissière fera l'acquisition de cette seigneurie.
De la demeure seigneuriale, décrite très précisément dans l'aveu de 1764, il ne reste derrière l'église, qu'un bâtiment long qui aurait abrité un monastère au 18ème siècle.
C'est dans l'église de Mittainville, devenue maison commune, que sont élus le premier maire: Pierre Penel et les premiers officiers municipaux le 21 février 1790. En cette année, le curé était Jean Cornuau. Le 14 juillet 1790 y fut célébrée la Fête de la Fédération, avec grand-messe du Saint Esprit. Le 18 novembre 1793, le maire remit au district de Dourdan, dont dépendait la commune, les papiers, les titres de propriété et baux de l'église.
En 1903, le cimetière qui entourait traditionnellement l'église a été relevé et transféré à son emplacement actuel.
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