Dès l’Antiquité, la région de la Communauté de Communes Le Donjon Val Libre fut la limite entre les peuples celtes Arvernes (ancêtres de l'Auvergne) et Eduens (Bourgogne). Plus tard, au Moyen-âge, 2 diocèses s'y côtoyaient : celui de Clermont (descendant du territoire arverne) et celui d'Autun (descendant de celui éduen), lequel occupait sur la rive gauche de la Loire une bande de terre parallèle au fleuve et atteignait au sud Chenay-le-Châtel (Saône-et-Loire, à 15km au sud de Neuilly) et au nord Yzeure, héritage des pagi (limites administratives du Moyen-âge) du IXème siècle.
Le village de Neuilly en Donjon est situé au cœur de ce pays, aux confins de la Bourgogne méridionale et du Bourbonnais oriental. Cette contrée, illuminée par le renouveau des XIème et XIIème siècles, s'étendait autour de Cluny.
La présence gallo-romaine est attestée sur la commune par la découverte au XIXème siècle de plusieurs statuettes de bronze représentant Cérès, Mars et Hercule, de culots de bronze et de résidus de fabrication qui peuvent indiquer l'existence d'un atelier de fondeur.
Avant les invasions normandes des VIIIème et Xème siècles, le village d'Avrilly (à 10km à l'est de celui de Neuilly), nommé à l'époque Ariolica ou Apriliacus, était une véritable ville grâce aux voies romaines et à la Loire, descendante d'une villae gallo-romaine. Mais lorsque les Vikings remontèrent la Loire, ils détruisirent villes et ports se trouvant sur leur passage, dont Avrilly et son port, Bonnand. Les populations, qui purent échappé au massacre, s'enfuirent dans les immenses forêts du voisinage et fondèrent Neuilly en Donjon.
Neuilly-en-Donjon dépend à l'origine du diocèse d'Autun et du prieuré de Marcigny ; l'influence bourguignonne se remarque jusque sur le portail sculpté de l'église romane. On ne trouve pas mention du lieu dans la liste fragmentaire du XIème siècle des possessions de ce diocèse, le « cartulaire rouge », ce qui signifierait que l’établissement de l'église se fit plus tard. On trouve mentionné, dans un pouillé daté de 1312, une église de Nuilliacus située dans l'archiprêtre de Pierrefitte-sur-Loire et sous le patronage du couvent des bénédictines de Marcigny.
Neuilly est peut-être évoqué dès 1259 dans un procès entre le seigneur de Bourbon et le prieur de Saint-Pourçain.
Neuilly est attesté sous la forme Nulhi au XIVe siècle, archétype gallo-romain fréquent, composé du nom de personne Novellius ou Nobilis et du suffixe -acum. Le complément du nom Le Donjon vient de la châtellenie dont la commune dépendait.
En 1569, Neuilly est cité comme dépendance de la châtellenie de Moulins. La prévôté de Neuilly dépend du Donjon dès 1376. Le village est mentionné au XVIIe siècle comme terre à seigle et à bois de 60 feux (plus de 300 personnes). La taille s'échelonne entre 1683 et 1687 de 1730 à 1400 livres.
La période mouvementé et incertaine du Moyen-âge (entre le Xème et XIIIème siècle) voit l'installation sur le territoire de Neuilly de mottes de terre fortifiées. Avec l'affaiblissement du pouvoir royal, des chefs guerriers plus ou moins importants s'attribuèrent le pouvoir local. Pour dominer ce territoire et se protéger de conflits entre voisins, des tertres en terre sont construits. Ils sont au nombre de 5 :
- Entre la mairie et le lieu-dit "Les Coudriers", se trouve une motte dite « Motte des Abbés » (image ci-dessous). De forme carrée, complètement nivelée, elle se situe au point culminant de la colline sur lequel s'est développé le bourg de Neuilly, dominant les vallées de la Vouzance et du Crésançon et, au point de vue remarquable sur les environs. Son positionnement devait en faire un lieu de défense idéal. Elle fut peut-être l’emplacement d’un monastère, qui aurait doter notre église d’un si beau portail. Mais aucune preuve, de l’établissement d’un Ordre religieux n’a été découverte.
- Une motte se situe sur les terres des Bertaux, décrite dans un terrier de 1665 : il y a, dans le tènement de Fontemilan, une motte fossoyée de toutes parts, appelée la Motte Monin, et où il y avait jadis une place forte : toute en bruyères, buissons, bois de haute futaye et seignats, joignant de bise le grand chemin tendant de Neuilly à Borlecomte (actuellement Bourg-le-Comte). Il s'agissait d'une maison forte, en position dominante. A la plate-forme bombée, d'une dimension de 40m de côté et d'un fossé de 10m de large, elle se situe à 800m au sud du bourg, sur la rive droite de la Vouzance, à égale distance entre la RD989 et le voie communale desservant le lieu-dit des Bertaux.
- Sur le même flanc de colline, à 1km de la précédente motte, se situe l'ancien fief de la Follye (Les Jacquots aujourd'hui), dont les propriétaires successifs furent Jean Maréchal, écuyer, puis messire Hugonin le Long, seigneur des Fougis sur la paroisse de Thionne et enfin une famille Jacob qui lui donne son nom. Il s'agissait également d'une maison forte de 20m de côté, d'un fossé de 12m de large et 1,5m de profondeur. Elle se situait à gauche de l'actuelle maison d'habitation, le bord de la voie communale qui relie Neuilly au Bouchaud. Sur le plan cadastral de 1836 et les plans des états majors, on remarque la présence d'eau et de fossés, attestant de son existence et de son implantation. Malheureusement, elle fut entièrement rasée en 1989.
- La motte ou butte Jollard, située près du domaine des Jollards, à 2,5km au nord-ouest du bourg, était encore entourée de ses fossés plein d'eau à la fin du XIXe siècle. Il s'agissait d'une maison forte de forme rectangulaire avec des dimensions de 35 m de long et de 25 m de large, des fossés de 8 m de large et 3 m de profondeur. Une partie de la terre des fossés a permis d'édifier la butte, haute de 2,50 m par rapport au sol l'entourant. A la fin du XIXe siècle, une fouille du site fut effectuée et permis la découverte d'éléments gallo-romains. Il existait un habitat gallo-romain à proximité dont certains éléments servirent de réemploi lors de l'édification de cette fortification de terre. Elle se situe en lisière du bois Picard. Ce domaine possédait également une maison bourgeoise, propriété, à la fin du XVIIe siècle, des Grimaud de Servé (fief de la paroisse de Saint-Voir).
- A l'extérmité est de la commune de Neuilly, à la limite avec celle de Luneau, entre le domaine des Bécauds et celui de la Vallée, existaient plusieurs tertres dont une chapelle de Saint-Fiacre-de-Fol située sur une motte carrée, à la lisière du bois (qui se nomme toujours "le Bois de la Chapelle"). Les bénéficiaires, qui la tenaient des sires du Donjon, ne l'entretiennent pas. En 1717, le petit sanctuaire est en fort mauvais état dont les tuiles sont presque toutes tombées et le chœur menace ruine. En 1761, un inventaire signale que la chapelle est en ruine.
Deux autres mottes nivelées se trouvaient entre le bois et la ferme des Bécauds. Les constructions qui entouraient un très vieux sanctuaire pourraient être la seigneurie de la Vallée qui se déplaça plus tard plus au nord.
- Sur la rive gauche de la Vouzance, entre cette rivière et le Crésançon, se trouve les Jolis, berceau de la famille du même nom. En 1496, y vivait maître Pierre Jolly, laboureur. Cette famille s'enrichit peu à peu et achète des terres à la famille Le Long (propriétaire des lieux) en 1577. En 1609, François Le Long vend sa seigneurie de la Follye (voir ci-dessus) à Jean Jolly, demeurant pour lors au Donjon et d'ordinaire en sa métairie des Jolis. En plus des Jacquots, Jean Jolly acquit les terres des Morinets et de la Guyonnière. Voisine des Jolis, la Vernelle possédait des droits seigneuriaux et fut achetée par Jean Jolly en 1589. Cette puissante famille possédait dès lors une très grande partie du sud de la commune de Neuilly. Les Jolly de la Vernelle gardèrent cette terre jusqu'en 1766, date à laquelle elle est vendue par Jean-Baptiste Jolly à Clément Conny, greffier en chef au parlement des Dombes. Cette terre de la Follye reste aux Jolly jusqu'en 1770. Elle est vendue en 1823 à Jean-Baptiste Nichault, notaire au Donjon.
En 1852, Neuilly-en-Donjon possède 482 habitants, éparpillés dans 104 maisons. Quinze années avant, le village était encore couvert de bois qui ont été défrichés et ont fait place à diverses cultures (froment, seigle, vigne, fruits, etc.).
Deux moulins se situaient sur la rivière de la Vouzance, un situé au domaine de la Vernelle, et un dernier appelé Moulin Coudray situé sur le chemin des Jacquots. Un autre moulin, appelé le "Vieux Moulin", situé au pied du domaine des Jollys, sur le ruisseau du Crésançon, existait mais fut démantelé avant le XIXème siècle. Il n'est pas répertorié sur la carte de Cassini. Il en reste la digue d'une hauteur de 3m et l'emplacement du bâtiment sur le côté.
La région de la Communauté de Communes Le Donjon Val Libre se situe principalement dans la plaine de la Loire. Géologiquement, elle est composée de couches d'argiles alternées à des bancs de sable. Cette particularité du sous-sol permit l'utilisation de cette matière première comme élément de construction (torchis, pisé ou brique) ou pour les poteries. Au milieu du XIXè siècle, la tuilerie Baillon, (devenant ensuite la tuilerie Bernard dans les années 30) s'installe à proximité du bourg (500m à l'ouest, en direction du Donjon) et permet l'emploi de 10 à 20 ouvriers dans ce village principalement agricole. Malheureusement, elle est contrainte de fermer en 1970 et fut entièrement détruite en 2007. Elle produisait des tuiles plates ou mécaniques, de rive, de fronton, des briques pleines et creuses et des drains permettant le drainage dans les fermes.