Proces osiedlania się ludności na przedpolach Puszczy Bydgoskiej posuwał się z wolna. Niskiej jakości gleby nie sprzyjały osadnictwu rolniczemu, jednakże dobrze rozwijała się gospodarka leśna i łowiecka. Najstarsze zachowane dokumenty z XIV i XV w. wymieniają trzy miejscowości położone na dzisiejszym obszarze gminy, są to: Tarkowo, Brzoza i Nowa Wieś Wielka. Źródła XVI wieczne wymieniają z kolei Ryczywieś (obecny Prądocin) oraz Kolankowo. Dwie najstarsze wsie – Brzoza i Nowa Wieś Wielka – wraz z obszarem Puszczy Bydgoskiej, były własnością książąt kujawskich, a później królów polskich. Od drugiej połowy XVI wieku, do rozbiorów tereny te wchodziły w skład starostwa bydgoskiego. Okres wojen, z których najpoważniejsze szkody wyrządził tzw. Potop Szwedzki, odcisnął się piętnem na rozwoju okolicznych wsi, zostały one splądrowane i zniszczone, a mieszkańcy opuścili swoje domostwa.
W pierwszej połowie XVIII wieku przystąpiono do zasiedlania dawnych i zakładania nowych wsi. Nastał czas odbudowy – wystawiono nowy gościniec, karczmę oraz powstał młyn. Szybki rozkwit osadnictwa spowodowany był sprowadzeniem na te tereny osadników niemieckich (tzw. olędrów). W okresie rozbiorów tereny gminy dostały się pod zwierzchność pruską, a od połowy XIX wieku nastąpił masowy napływ kolonizatorów niemieckich pochodzących z centralnych Prus. Dla miejscowej gospodarki były to lata największego rozwoju. Przez przeszło sto lat ziemie te nie ulegały zniszczeniom wojennym, a dobrze zarządzane wsie w rękach karnych kolonizatorów przynosiły wymierne korzyści dla mieszkańców. Powstawały tartaki, młyny, oberże, piekarnie, poczta. Odbywały się jarmarki. Wybudowano ważne obiekty użyteczności publicznej oraz połączenia drogowe i kolejowe. Niestety, był to również okres silnej germanizacji miejscowej ludności polskiej. Zakończenie i wojny światowej, umożliwiło odzyskanie niepodległości przez Polskę, lecz dopiero sukces Powstania Wielkopolskiego oraz wejście w życie postanowień Traktatu Wersalskiego, pozwoliły w styczniu 1920 r. na przyłączenie do Państwa Polskiego Wielkopolski i części Kujaw wraz z Nową Wsią Wielką, Brzozą i okolicznymi wsiami. Pociągnęło to za sobą dość duże zmiany administracyjne i społeczne. Tereny te znalazły się w obrębie powiatu bydgoskiego, należącego do województwa poznańskiego (od kwietnia 1938 r. w skład woj. pomorskiego).
W wyniku reformy administracyjnej w 1928 r. utworzono wójtostwa obwodowe, a we wrześniu 1934 r. wprowadzono podział powiatu bydgoskiego na 10 gmin. Nowa Wieś Wielka znalazła się wraz z innymi sąsiednimi wioskami w gminie Solec Kujawski, natomiast Brzoza i okolice weszły do gminy Bydgoszcz-wieś. Z kolei wsie: Dziemionna, Jakubowo, Januszkowo, Kolankowo, Prądocin i Tarkowo należały do gminy Złotniki Kujawskie w powiecie inowrocławskim. Krótko po odzyskaniu niepodległości administracją na tym terenie zajmowali się Niemcy, a jeszcze pod koniec 1923 roku w korespondencji urzędowej równolegle funkcjonował język niemiecki. Z czasem stan ten uległ zmianie w wyniku częściowego spolonizowania się ludności. Coraz więcej ważnych stanowisk w administracji zajmowali Polacy. W Nowej Wsi Wielkiej odrodził się urząd pocztowy oraz powstał posterunek policji państwowej. Polacy zajmowali również stanowiska na stacjach kolejowych i w okolicznych leśniczówkach. Życie gospodarcze w Nowej Wsi Wielkiej i Brzozie skupiało się jednak głównie w rękach mniejszości niemieckiej, dobrze prosperowały tartaki, sklepy, piekarnie. Środowiska niemieckie w każdej dziedzinie życia społecznego mogły rozwijać się bez przeszkód i w większości przypadków tworzyły zwarte środowiska, do których trudno było Polakom przeniknąć. To spowodowało, że znajdował się tu silny ośrodek niemczyzny, który szczególnie ważną, negatywną rolę odegrał w chwili wybuchu II wojny światowej. Polacy nie byli jednak bierni. Utworzono parafie rzymsko-katolickie oraz liczne organizacje i koła o charakterze kulturalno-narodowym, wojskowym i sportowym, skupiające wokół siebie ludność polską, która z biegiem lat zaczęła również odgrywać coraz większą rolę w procesie wytwórczości i rzemiośle. Można było znaleźć przedstawicieli takich zawodów jak: piekarz, kołodziej, szewc, kowal, stolarz, ślusarz, czy fryzjer. Dogodny dojazd z Bydgoszczy i Inowrocławia wydatnie przyczynił się do rozwoju handlu i gastronomii. Pobliskie Jezioro Jezuickie w Chmielnikach stało się miejscową atrakcją kulturalną. Przygotowano nową plażę i odrestaurowano pomieszczenia, a we wszystkie niedziele i święta odbywały się na plaży koncerty oraz nieregularnie „weneckie noce”.
Jednostka administracji państwowej o nazwie Gmina Nowa Wieś Wielka została po raz pierwszy utworzona przez okupanta hitlerowskiego w czasie II wojny światowej. W jej skład weszły wyłączone z gminy Solec Kujawski wsie: Chrośna, Dąbrowy Wielkie, Dobromierz, Leszyce, Łażyn i Nowa Wieś Wielka. Urząd gminny pełnił rolę terenowej władzy policyjnej oraz urzędu stanu cywilnego, do jego kompetencji należały m.in.: gospodarka rolna i hodowlana, ewidencja ludności oraz sprawy statystyczne. W marcu 1945 r., tuż po wyzwoleniu przez Armię Czerwoną, ukonstytuowały się pierwsze polskie władze gminy Nowa Wieś Wielka, w tym 15-osobowa Gminna Rada Narodowa. Gmina istniała jednak tylko kilka miesięcy. W sierpniu 1945 r. została rozwiązana, na wniosek radnych gminy Solec Kujawski, którzy domagali się likwidacji wprowadzonego w czasie wojny podziału administracyjnego i przywrócenia granic gminy Solec Kujawski sprzed okupacji. Niestety, funkcjonowanie rozległej terytorialnie i niemającej dobrej sieci komunikacyjnej gminy Solec Kujawski nastręczało wiele trudności. Reforma administracyjna z 1954 roku powołała do życia gromady wraz z gromadzkimi radami narodowymi. W powiecie bydgoskim utworzono m.in.: gromadę Brzoza (obejmującą Prądki, Przyłęki, Brzozę, Kobylarnię, Olimpin, Smolno Nowe) oraz gromadę Nowa Wieś Wielka (obejmującą Nową Wieś Wielką, Nową Wioskę, Dobromierz, Łażyn, większą część Leszyc, Dziemionnę, Jakubowo, Januszkowo, Kolankowo, Prądocin, część gromady Tarkowo – jako Tarkowo Dolne, a od 1957 r. Dąbrowę Wielką). Na przełomie 1961 i 1962 roku zlikwidowano niektóre gromady w powiecie bydgoskim, los ten spotkał również gromadę Brzoza. Wbrew woli mieszkańców opowiadających się przeciwko likwidacji gromady, z początkiem 1962 r. zniesiono ją, a niemal cały jej obszar włączono do gromady Nowa Wieś Wielka. Wsie Prądki i Przyłęki włączono do gromady Białe Błota. Pod koniec 1972 r. dokonano kolejnej reorganizacji ustroju administracji terenowej w Polsce. W miejsce gromad utworzono gminy jako podstawowe jednostki podziału administracyjnego kraju. Dnia 1 stycznia 1973 r. powstała Gmina Nowa Wieś Wielka, która w swoich granicach istnieje do dziś.