Il nucleo originario della odierna Mortegliano, composto da capanne e da un castelliere, sorse prima del V sec. d.C. ad opera dei Celti, sulla attuale Cortina del Duomo.
Dopo la fondazione di Aquileia, l'abitato subì la colonizzazione di Roma e Mortilius, un cavaliere latino, ricevette l'appezzamento quale terra da coltivare, bonificare e difendere. Tracciandone il confine, il cavaliere diede al podere il proprio nome, cioè Mortelianum. 
Nacque così il toponimo del paese. Le sue origini romane sono confermate da numerosi reperti archeologici rinvenuti in zona.
Le invasioni barbariche, a partire dal III sec., colpirono anche Mortelianum che fu distrutta e ricostruita più volte. Sarà proprio grazie ad un popolo invasore, i Longobardi, che il semplice insediamento umano prese la forma di un vero e proprio paese agricolo, con strade e fortificazioni.
Nonostante i "secoli bui", caratterizzati da continue invasioni di popolazioni come gli Avari, i Barbari, gli Ungari e gli Slavi, Mortegliano continuò a crescere.
Intorno all'anno Mille nacque la prima Comunità che si trasformò presto in Vicinia, forma di autogoverno istituito fino al XVII sec.
Mortegliano così si espanse al di fuori della Cortina e alternò periodi di ricchezza ad altri di crisi.
È innegabile comunque che il paese fosse ormai diventato un importante centro, il cui controllo fu conteso tra Cividale e Udine.
La diatriba sul dominio del paese, si concluse intorno al 1400 con l'estensione dell'emergente dominio veneziano su gran parte del Friuli. Giungiamo a questo punto ad uno degli episodi cruciali della storia del paese, tutt'oggi ricordato e celebrato.
Le invasioni da Oriente rappresentavano un serio pericolo e nel 1499 i Turchi giunsero ad assediare Mortegliano. Furono però costretti a soccombere sconfitti da un paese che contava su buone fortificazioni ed una strenua difesa.
L'indebolimento di Venezia nel ‘700 permise che il Friuli fosse accerchiato tra l'esercito austro-ungarico e quello di Napoleone, sotto il quale, nel 1807, il governo di Mortegliano assunse la forma di Comune moderno.
Con il trattato del 1797 di Campoformio Mortegliano passò, dal dominio francese, sotto il dominio austriaco.
Nel XIX sec. il paese cominciò a delinearsi come lo conosciamo oggi; nacque il coro "Jacopo Tomadini" e nel 1864 la Cortina lasciò il posto alla costruzione del Duomo che sarà motivo di discussione fino al 1920, anno della sua inaugurazione.
Nella prima metà del XX sec. Mortegliano venne coinvolta nelle due guerre mondiali.
Nonostante le difficoltà dovute ai conflitti, nel paese vennero realizzate importanti opere sociali, fra cui ricordiamo la latteria, la casa rurale, l'asilo infantile, il cinema, la Scuola Professionale di disegno e, nel 1932, il nuovo Municipio.
Negli anni Cinquanta fu costruito, grazie al contributo di tutta la comunità, il Campanile (il più alto d'Italia) inaugurato nel 1959 mentre vennero rinnovate le vie di comunicazione e le abitazioni. Negli anni Sessanta furono realizzate la Casa della Gioventù, la Casa delle Suore e le nuove Scuole Elementari.