江戸時代に入ると、東部の上作延村・長尾村は旗本・村上左衛間信清の支配下に入り、幾度かの所領替を経た後に、溝ノ口村などと同様に天領となる。平瀬川沿いの低地には田畑が広がり、周辺の丘陵地には豊かな森が広がり、その中に民家が点在する里山風景が広がっていた。当時の森林面積については記録があり、たとえば上作延村内には森林面積が 20町4段4畝17歩（約 20ha）あり、そのうち百姓林が 19町3段2畝17歩、つまり大半が民有林であったと伝えられている。また、概ね平瀬川に沿って設けられた主幹村道（概ね現在の一般市道溝口柿生線に相当）は幅 2間（約 3.6m）であったと伝えられている。当地域は平瀬川に沿って集落が開かれていったため、栄橋付近で大山街道に合流するこの道が交通の要衝であったが、その狭隘な地形と、その先に住む人口もさして多くなかったと伝えられることから、幹線道といえども必ずしも通行者が多くはなかったものと想定される。当時の平瀬川の流路は曲がりくねっており、また周囲に丘陵地が迫る地形から、頻繁に氾濫を起こし、両岸は一面が泥の海と化すことも頻繁であったと伝えられている。現在も、昔ながらの佇まいの民家が一歩山腹に入ったところに点在している様子を見ても、当時の状況をうかがい知ることができる。逆にいえば、その氾濫原にはかつて田が開かれていて、その肥沃な土地を活かした農業が営まれていた様子もうかがえる。
律令制の下で統治機構に組み込まれて以降、当地域は武蔵国橘樹郡（たちばなぐん、たちばなのこおり）の一部となったが、当地域の地名が史料に登場するのは鎌倉時代初期になる。この時代は各地で荘園が開かれたが、当地域のうち平および下菅生は「菅生郷」と呼ばれる国衙領であり、また上作延付近は摂関家直轄領であり「稲毛庄」と呼ばれていたと考えられている。また、鎌倉時代は多摩川が鎌倉防衛の最前線と位置づけられ、多摩川沿いの平地を見渡すことのできる上作延の現緑ヶ丘霊園がある丘の上には防衛拠点として作延城（さくのべじょう）が築かれたと推定されている。その後、橘樹郡の大部分が後北条氏の支配下に入ると、当地にも支配が及び、小田原衆所領役帳にも地名が記載されている。
多摩丘陵では子母口貝塚（現・高津区子母口、約7500万年前に形成されたと推定されている）が最も古い部類のものであるが、この頃は現在の溝口あたりが海岸線であったと推定されており、その周辺に貝塚が分布している。当地域はそれより数kmばかり陸側に入った位置にあるが、当時の名残は見つかっていない。当地域で現在知られている最も古い遺跡には縄文時代前期の菅生カネヅカ遺跡（現在の蔵敷団地南東部）がある。1967年（昭和42年）に発掘調査がされた際には遺構等は見つからず、黒曜石製の石器や石斧などが出土している。この他にも縄文中期のものとして潮見台遺跡、初山遺跡、長尾権現台遺跡（現在の五所塚）、向丘南平遺跡などが調査されて、竪穴式住居跡などが見つかっている。縄文後期になると菅生汐見台遺跡や下原遺跡（しもっぱらいせき、現在の東高根森林公園の一部）など集落の大規模化が見られるようになる。特に前者については縄文中期から平安時代頃にかけての遺跡が見つかっており、調理場の炉の跡などが出土している。また、潮見台遺跡では土師器（はじき）の骨蔵器が出土し、その中からは和同開珎などの古銭が出土していることから、奈良時代から平安初期にかけてのものと推定されている。長尾台遺跡（ふじやま遺跡公園）からは、縄文時代前期から弥生時代さらに古墳時代の住居跡が出土している。
非常にアクセスの悪いソアイ島にいるヒツジはユニークな種である。このヒツジは野生動物として生息しており、島の所有者の私有物であり、島民の私有ではなかった。これらソアイ種のヒツジは新石器時代のヨーロッパにいた古いヒツジの末裔と考えられている。体が小さく、尾が短く、通常体は茶色の毛、腹は白い毛で覆われている。羊毛は自然に脱皮する。およそ200頭のソアイ種がソアイ島に残っているが、これらの第2の野生種グループが避難してすぐ、当時ヒツジのいなかったヒルタ島に連れてこられ根付いた。今や600頭から1700頭になっている。わずかなソアイ種が、彼らの耐寒性と小さな体格、普通にない特徴を評価されて世界の別の場所で繁殖集団をつくるため輸出されている。ヒルタとソアイでは、ヒツジは波しぶきにさらされる場所でよく育つオオバコ、オオウシノケグサ、オオバコ科のプランタゴ・マリティマ、ハマカンザシの牧草地を好む。セント・キルダ島人は、ヒルタとボーレーで種類の異なる2000頭のヒツジを飼ってきた。この中にはヘブリディーズの品種である、スコティッシュ・ダンフェイス種（鉄器時代を通じてブリテン諸島内で育まれたのと同じ原始的なヒツジ）がある。島からの避難が行われたとき、島民のヒツジ全頭がヒルタから出されたが、ボーレー島のヒツジは野生のまま残され、これらが現在ボーレー種とみなされている。ボーレー種はイギリスで最も希少な品種の一つで、ダンフェイス種の数少ない子孫の一つである（一部のスコティッシュ・ブラックフェイス種の血統が19世紀にもたらされてはいるが）。他にも別の種類のヒツジがセント・キルダとつながりを持っている。これは黒く、4本の角を持っており、かつてはセント・キルダ種として知られていたが、現在はヘブリディアン種と呼ばれている。これはおそらく、ノース・ウイストを含むヘブリディーズの別の場所からやってきたダンフェイス種の血統である。この種は19世紀にスコットランド本土やイングランドの公園内で広く飼育されていた。なぜセント・キルダ種と呼ばれ、どんなつながりがあるかは明らかではない。