Viikinkiajan (800-1050) uudistaloa merkinnee Junnilan kalmisto, jonka löydöt jatkuvat 1000-luvulle ja mahdollisesti ristiretkiajalle. Tutkimattomia kumpuja Palttilassa on eri puolilla. Ella Kivikosken mukaan kylässä on myös muinaispelto. Olavi Koivistolla on tieto Palttilassa olleesta Käräjäkalliosta, mutta sitä ei enää voida paikallistaa maastossa. Unto Salo on halukas tulkitsemaan sen Untamalan muinaispitäjän käräjäpaikaksi.

Kalevanpojat olivat tuttuja Palttilassa, kun he liikuskelivat Untamalan ja Laitilan välillä sillantekomielessä. He tyhjensivät hiekkasäkkinsä järveen, kun palkkaa ei luvattukaan. Siitä syntyivät Kalevanpojan kömpät kirkon ja Palttilan välille. Jättiläisten askeleen pituus oli toista kilometriä.

Palttila mainitaan muodossa Paltila ensi kerran vuonna 1413. Kylässä oli seuraavalla vuosisadalla yhdeksän veronmaksajaa. Nykyinen asutus periytynee merovinkiajan lopulta samoin kuin kylän nimi. Jouko Vahtola esittää seuraavia mahdollisia henkilönnimiä kylän nimen lähtökohdaksi: Bald, Pald, Palda ja Baldilo. Selitys tuntuu oikeansuuntaiselta: Palttila tarkoitti aluksi Paltin taloa.

Palttila mainitaan Untamalan pitäjässä vuosina 1421, 1423 ja 1439. Vuodelta 1425 taas löytyy merkintä eräästä piispa Magnuksen tilasta Palttilassa, Laitilan seurakunnassa. Olavi Koiviston mukaan kirkkopitäjän nimenä jo ainakin 1420-luvulla oli Laitila. Maininnat Untamalasta tarkoittavat sen nimistä hallintopitäjää, joka oli eri kuin kirkkopitäjä.

Piispa Maunu Tavast omisti kylässä kaksi rälssitilaa 1423-1439, jotka hän lahjoitti Turun tuomiokirkolle 1439; jo piispan äidinäiti omisti Palttilassa ns. vanhaa rälssiä. Kirkolle kuuluneet Palttilan tilat joutuivat uskonpuhdistuksen jälkeen kruunulle ja edelleen Juhana III:n aviottomille tyttärille vuonna 1577. Palttilan kartanon historia alkaa varsinaisesti 1630-luvulla, jolloin baltianaatelinen Gottfrid von Falkenberg sai kylän kuusi tilaa omistukseensa.