Die Besiedlung der Umgebung des Dorfes ist für die römische frühalemannische Zeit belegt.
Auf der 0,6 km nördlich gelegenen Flur "Mäuerlen" weisen römische frühalemannische Siedlungsspuren auf einen römischen Gutshof hin. Römische Siedlungsreste fanden sich auch 1,8 km südlich beim Weidentäle.
Die merowingischen Reihengräber, die 1971 nördlich und westlich des 1876 angelegten Gemeindefriedhofes entdeckt wurden, deuten auf eine Besiedlung des Dorfbereichs im 7. Jahrhundert hin. Die alemannischen Gräber scheinen Teil eines größeren Friedhofs zu sein. Sie lagen in der Nähe des abgegangenen Weilers "Hofstetten", der wohl bereits im Mittelalter im Dorf aufgegangen ist.
Auch bei der früheren Mühle Georgenau im Ermstal wurde ein merowingisches Grab aufgedeckt.
Der um 1090 - im Bempflinger Vertrag - genannte Ortsname (Witilingin) dürfte vom Personennamen Witilo von einer Alemannischen Sippe abzuleiten sein.
Im 15. und 16. Jahrhundert stellte das Dorf nach Zahl der Lehenhöfe eine bedeutende Siedlung dar.
Bis zum 15. Jahrhundert sind die Grundherrschaft und der Grundbesitz wechselhaft und oft weit verzweigt. Erst im 15. Jahrhundert wurden die Verhältnisse klarer erkennbar. Nun treten neben Württemberg besonders die Speth und Probstei, seit 1439 Kartause Güterstein als Grundherren hervor. In der Folgezeit war die Geschichte von Wittlingen wechselhaft und von den politischen Wirren - wie bei seinen Nachbarn auch - abhängig.
Kriegerische Auseinandersetzungen forderten auch in Wittlingen ihren Tribut. Vor dem 30- jährigen Krieg (1618 bis 1648) hatte Wittlingen 350 gemeldete Personen, nach 1648 waren es noch 60. Es blieben außer der Kirche und dem Pfarrhaus noch zwei Häuser stehen. Bei den beiden Weltkriegen mussten auch viele Wittlinger Männer ihr Leben lassen.
Der Gemeinde wurde 1948 ein Wappen verliehen. Das dargestellte Kreuz auf einer Zinnmauer soll an den Aufenthalt des Württembergischen Reformators Johannes Brenz (1548) als Verfolgter erinnern. Die liegende Hirschstange bezieht sich auf Württemberg.
Wittlingen liegt in einer Mulde in der es - vor allem im Ortskern - wasser-undurchlässigen Basalttuff hat, daher gab es auch in Wittlingen relativ viele und gute Wasserbrunnen.
Durch die Mulde (Nestlage) liegt Wittlingen auch klimatisch günstig, man kann dies am Obstbau erkennen. Die landwirtschaftliche Fläche wird größtenteils von ein paar größeren landwirtschaftlichen Betrieben bewirtschaftet. Die Zeiten, dass in fast jedem Haus Vieh stand, sind auch in Wittlingen vorbei. Schon sehr früh zog es die arbeitende Wittlinger Bevölkerung zur Arbeit in die Uracher Betriebe. An dem hat sich bis heute nicht viel geändert.
Seit 1971 ist Wittlingen im Rahmen der Gemeindereform nach Bad Urach eingemeindet.