Name und Anfänge: Willmersdorf als Angerdorf
Das Dorf taucht 1317 erstmals in einer Urkunde auf, und zwar als Willemstroppe. Es ging nach den Angaben der Stadt Werneuchen aus der wendischen Siedlung Wanserow hervor; die Gemarkung war schon in der Steinzeit besiedelt.
Erhalten ist die Form des Dorfes: Die Dorfstraße schließt sich zu einem Ring um den Anger, und Kirche und Friedhof liegen auf der höchsten Erhebung.
Die Dorfkirche entstand im zweiten Viertel des 13. Jahrhunderts als Saalbau aus sauber behauenen Feldsteinquadern; an das Schiff schließen sich ein schmalerer Chor mit Apsis und im Westen ein querliegender Turm an.
Schmale Treppen und schlitzartige Fenster über dem Eingang zur Friedhofskapelle weisen darauf hin, dass sie anfangs auch zur Verteidigung diente. Gegen Ende des 15. Jahrhunderts erhielt sie ihre Gewölbe.
1375 bis 1800: Arnim, Wiederkauf und Amt Löhme
Das Landbuch Karls IV. führt Willmersdorf 1375 mit 84 Hufen auf. Vier davon dienten dem Unterhalt der Pfarrstelle, zwei der Kirche. Nach der Darstellung der Stadt gab es außerdem 13 Kossäten und einen Lehnschulzen. Windmühlen erwähnen die Quellen 1571.
Bis 1480 hatte die Familie von Arnim auf Biesenthal den zuvor zersplitterten Besitz im Dorf zusammengeführt und hielt ihn bis 1676.
Auf Wiederkauf übernahm 1676 der Berliner Bürgermeister Tieffenbach das Dorf. Später erwarben es die von Röbel zunächst auf Wiederkauf, von 1714 an erblich. 1724 sicherte sich Franz Wilhelm von Happe das Vorkaufsrecht und kaufte das Dorf 1735.
Noch im selben Jahr kam es mit Löhme und Weesow an das preußische Herrscherhaus, das daraus das Amt Löhme bildete. Willmersdorf lag dabei im Oberbarnimschen Kreis.
Der Dreißigjährige Krieg verwüstete das Dorf. 1652 lebten von den einst 13 Bauern nur noch vier im Ort.