Es ist schon öfter im Werneuchener Amtsblatt beschrieben worden, dass Willmersdorf aus einer wendischen Siedlung entstand. Die Siedlung hatte den Namen Wanserow. So jedenfalls wird es in den ab 1920 von Rudolf Schmidt aus Eberswalde herausgegebenen Heimatbüchern des Oberbarnim berichtet.
Unser Willmersdorfer Ort wurde 1317 als Willmestroppe des erste mal urkundlich erwähnt. Zum Vergleich: Für das Nachbardorf Weesow, das altslawisch Wescher hieß, gibt es eine aus dem Jahre 1390 stammende Urkunde in der es „To De Wese“ genannt wird. Bernau und Werneuchen sind etwas älter. Ersteres wurde Anfang des 13. Jahrhunderts gegründet. Der Sage nach veranlasste 1140 Albrecht der Bär die Gründung Bernaus, deren erste urkundliche Erwähnung wohl aus dem Jahr 1292 unter dem Namen Bernowe, das bedeutet nasse Wiese, datiert. Zwei Urkunden des brandenburgischen Bischofs Rutger vom 29. April 1247 erwähnen erstmals Werneuchen unter der Bezeichnung „Warnowe“.
Die ursprünglich slawische Bevölkerung des Oberbarnim vermischte sich mit den aus dem Westen kommenden deutschen Siedlern. Ein Teil des Grundbesitzes wurde von ihnen gekauft.
Die Willmersdorfer Gemarkung war schon in der Steinzeit besiedelt. 1888 fand der Willmersdorfer Dorflehrer Lehmann, in dem „Große Heide“ genannten und sich nach Schönfeld hin erstreckenden Wald, mehrere Urnen und Feuersteinbeile. Sie befinden sich heute im Märkischen Museum in Berlin.
Willmersdorf hat die Form eines Angerdorfes. Der Anger (also der ursprüngliche Dorfplatz) wird noch heute von der ringförmigen Dorfstraße umschlossen. Die im Mittelalter sich darin befindlichen Wiesen waren je einer Hofstelle zugeordnet. Sie wurden erst später bebaut. Die an den Wiesen anliegenden Tränken (Bäckerpfuhl, Rückpfuhl und Modder- oder Kellerspfuhl) werden durch den den Anger von West nach Ost durchschneidenden Stienitzgraben verbunden. Er dient der Entwässerung auch des in der Feldmark gelegenen Biesen- und Binsenphuhls und des heute durch Meliorationsarbeiten sehr reduzierten Borgsees.
Auf der höchsten Erhebung des Angers befinden sich die Kirche und der Friedhof.
In der Breite von Norden nach Süden wird er geteilt durch eine Sehnenführung der Dorfstraße. An ihr liegen das in den zwanziger Jahren des vorigen Jahrhunderts gebaute Kriegerdenkmal mit der damals auch gepflanzten Friedenseiche, der Dorfkrug und die ehemalige Schmiede.
Innerhalb der Straßengabel in Richtung Bernau gab der Dorfanger in früherer Zeit für die Spritzenschauer mit dem Wiegeraum der Fuhrwerkswaage und einer festen Kammer zur Unterbringung von Landstreichern. An der Stelle des Spritzenhauses steht heute das Feuerwehrgerätehaus.
Ein weiter Verbindungsweg von Norden nach Süden ist die hinter dem Friedhof entlang führende und Ende der neunzehnhundertzwanziger gebauten Jahre Wilhelmspromenade.
Im Mittelalter wurden die Bauernhöfe an die Außenseite der Dorfstraße gesetzt. Danach richtet sich später auch die Nummerierung der Gehöfte, ringförmig vom Dorfeingang aus Richtung Bernau beginnend.
Verbindungen zu den Nachbarorten sind der Biesenthaler Damm in Richtung Albertshof, an dem auch der Mühlenberg liegt, der in der DDR-Zeit durch Meliorationsarbeiten verlorengegangene Löhmer Weg, der noch heute von Kirschbäumen bestandene nach Schönfeld und Tempelfelde führende Kirschenweg, die Bernauer, die Weesower und die Schönfelder Chaussee.
Die ersturkundliche Erwähnung Willmersdorfs steht im Zusammenhang mit dem Benediktinerfrauenkloster in Spandau. Denn 1317 übergab Markgraf Waldemar dem Kloster 10 Hufen Land im Dorf, lastenfrei mit allen Zubehör an allen Ackern, Gehölzen, Weiden und Wiesen. Eine brandenburgische Hufe wird mit ca. 17 ha angegeben.
Das Kloster hatte bis zum Jahr 1577 das Kirchenpatronat inne, also über das Jahr 1539 hinaus, das Jahr, in dem Kurfürst Joachim II. in Brandenburg die Reformen einführte. Die Brandenburger waren seitdem keine katholischen Christen mehr, sondern gehörten zur evangelischen Kirche. Der Kurfürst übertrug das Patronat dann im Zuge des so genannten Biesenthaler Güteraustausches an die Familie Arnim.
Zu den Pflichten des Patronats gehörte die Bauunterhaltung der Kirche. Es war mit dem Recht verbunden, die Pfarrstelle, soweit eine vorhanden war, mit einem Pfarrer zu besetzen. Es musste aber auch für dessen Besoldung sorgen. Der für Willmersdorf zuständige Pfarrer wohnte seit 1433 bis ins 18. Jahrhundert hinein in Weesow, was dazu führte, dass das Mutter – Tochter – Verhältnis der beiden Kirchen nach 1459 umgekehrt wurde und die Kirche in Weesow vorgeordnete Mutter – also Hauptkirche wurde.
Aus der spätromanischen Bauweise und der Verwendung von geschlagenen Granitsteinen ist geschlussfolgert worden, dass die Kirche Anfang des 13. Jahrhunderts errichtet wurde. Damit wäre sie einer der ältesten Dorfkirchen in der Mark Brandenburg. Sie ist aber erstmals im 14. Jahrhundert, also erst wenigstens 50 Jahre später urkundlich genannt.
Zuerst entstand der Chorraum der Kirche. Später kamen Apsis, Langschiff, die heute als Friedhofskapelle ausgebaute Sakristei und der (alte) Kirchturm hinzu. Oft errichtete man in der Besiedlungszeit die Kirchen als Wehrkirchen. Für Willmersdorf käme als Schutzraum für die Dorfbevölkerung mit dicken Mauern und kleinen Fenstern nur der älteste Teil, also der Chorraum in Frage.