Étymologiquement l'expression"mettre l'église au milieu du village", est assez facile à deviner. Autrefois, les villages étaient construits autour de l'église. Mais sa signification, elle, est plus complexe. En France, cette expression est notamment employée en Alsace où elle veut dire faire en sorte que les convenances et les traditions soient respectées.
Le bourg de Mettray était situé sur la voie romaine reliant la cité de Caesarodonum (Tours) à celle de Vindunum (Le Mans). Cette voie passait un peu à l’est du bourg.
Le village s’est essentiellement développé à partir du Moyen Âge. De cette époque, il ne reste que l'église Saint-Symphorien, bien que presque entièrement reconstruite dans la seconde moitié du xixe siècle, suite d'un incendie survenu en 1847. Le bourg abrite également l’ancien logis seigneurial du xve siècle. Situé rue du Manoir, il se compose d’un corps de logis rectangulaire à deux étages, flanqué sur la face avant de deux tours cylindriques et d’une tour d’escalier polygonale sur la face arrière. Il fut la résidence des seigneurs de Mettray durant tout l’Ancien Régime. À partir de 1793, le logis devient la première mairie de la commune, puis il abrite ensuite une boulangerie. Racheté par un particulier au début des années 1980, le logis et les communs sont alors restaurés.
Comme dans beaucoup de villages français, les conditions de vie ne s’améliorent qu’à partir du XIXème siècle. C’est de cette époque que datent les principales maisons du centre bourg. Depuis l’Ancien Régime, le territoire de Mettray englobait également le bourg de La Membrolle ainsi que les terres avoisinantes. Le souhait des Membrollais de voir leur bourg érigé en commune indépendante remonte au milieu du XIXème. La paroisse de La Membrolle est canoniquement créée le 5 février 1859 par subdivision de la paroisse de Mettray. Le 4 avril 1873, le Conseil d'Etat valide la création de la commune de La Membrolle sur Choisille par subdivision de la commune de Mettray. Les limites territoriales de la nouvelle commune sont calquées sur celles de la paroisse, créée quatorze ans plus tôt.
Mettray est surtout connu pour sa colonie agricole et pénitenciaire, la "Paternelle", qui accueillit des enfants et adolescents placés volontairement ou incarcérés de 1840 à 1937 (dont Jean Genet qui y nourrit un souvenir traumatique). Son modèle de fonctionnement, novateur pour l’époque, puis les dérives militaristes et répressives pratiquées par la suite contribuèrent à la réputation de Mettray dans le monde entier. Grâce à un hôtel implanté en bordure de la Colonie, Mettray reçut beaucoup de visiteurs venus se rendre compte du fonctionnement de l’institution et ce modèle fut reproduit ailleurs en Europe et en Amérique du nord. La Colonie est à l’origine du développement de l’habitat aux Bourgetteries, puisque les personnels de la Colonie, puis par la suite de l’IMPro implantèrent leurs maisons dans les environs immédiats.
À partir des années 1980, des lotissements et des zones pavillonnaires se développent sur le territoire communal, mais toutefois de manière mesurée. Ils sont situés à l’ouest du bourg, aux Bourgetteries, ainsi qu’aux Ribelleries, près de la limite nord de la commune de Tours. Ils accueillent surtout des salariés, essentiellement des cadres, travaillant majoritairement à Tours ou dans l’agglomération tourangelle. Cet apport de population contribua à redynamiser une commune quelque peu endormie depuis la fermeture de la Colonie en 1937 et l'exode rural d'après guerre. L’arrivée de ces nouvelles populations est à l’origine de la création d’un important tissu associatif, toujours très actif aujourd’hui.