Fino alla metà del Settecento, le notizie storiche relative alla cascina Veneria sono poche e frammentarie.

Il nome Veneria sembrerebbe derivare dal latino venatio, ossia caccia, attività ampiamente praticata in questi luoghi che, in età medievale e rinascimentale, erano coperti dai fitti boschi della Silva Salsa.

Nel periodo compreso tra il 1123 e il 1144 l'area era inclusa nel patrimonio fondiario dell'abbazia di Santa Maria di Lucedio.

Dopo il 1144, Ghisolfo, vescovo di casa Avogadro di Valdengo, proprietario della maggior parte dei beni della diocesi e della stessa abbazia di Lucedio, suddivise i territori che oggi appartengono, rispettivamente, alle cascine Veneria, Margaria e Roncarolo.

Un documento datato 1209 attesta l'esistenza, all'interno della Veneria, di una piccola chiesa dedicata a Santa Maria dove il rito cristiano era officiato dallo stesso prelato che si recava anche alla chiesa di Santo Stefano, presso la cascina Roncarolo.

Successivamente, sia la tenuta Veneria che la tenuta Roncarolo passarono sotto la proprietà dell'Ordine degli Umiliati di Santo Stefano di Vercelli e, con un atto del 1333, venne stabilito che costoro avevano il diritto e l'obbligo di presentare, nominare e mantenere il rettore delle chiese situate nelle due cascine.

Nel 1571 papa Pio V soppresse l'Ordine degli Umiliati e il suo successore, Clemente VIII, cedette i terreni della Veneria e della tenuta Roncarolo all'Ordine Mauriziano di Torino.

Con un decreto ducale del 29 maggio 1635 furono erette due Commende: l'una comprendeva Veneria e Roncarolo, l'altra la tenuta Margaria.

Alla fine del Settecento, quando il Piemonte passò sotto il dominio francese, la Cascina Veneria divenne feudo di proprietà dei conti Tosetti di Vercelli e dei conti Duchen. 

In seguito alla sconfitta napoleonica e alla restaurazione della monarchia sabauda, la tenuta divenne di nuovo parte del regno: il 5 aprile del 1824 il re Carlo Felice stipulò un contratto di permuta del possedimento di Veneria con il marchese Durazzo di Genova che, in cambio, cedette un palazzo nel capoluogo ligure, convertito in residenza reale. 

Nel  1892 il cavaliere Giuseppe Vigino, affittuario dei terreni, fondò, con il permesso dei marchesi di Durazzo, un asilo infantile all'interno della tenuta.

Nel 1937 la tenuta Veneria venne acquistata dall'IFI, l'Istituto Finanziario Industriale,  di cui era presidente il senatore Giovanni Agnelli; da quel momento in poi, per la cascina, si aprì un periodo di grandi cambiamenti sia architettonici sia di organizzazione del lavoro e divenne un modello per tutto il territorio circostante e non solo.

Nel 1939 iniziarono i lavori di ristrutturazione della chiesa ad opera dell'ing. Bonadé e dell'arch. Beltrami; dopo la guerra, in seguito a dissesti dovuti ai bombardamenti, il campanile venne spostato da destra a sinistra e furono chiuse le tre finestre del coro. Gli affreschi presenti all'interno della chiesa furono eseguiti da Nino Pirlato di Torino e, a lavori conclusi, il senatore Agnelli dotò l'edificio di una grande crocifisso in marmo bianco, eseguito dallo scultore Rubino. 

Nel 1949, fu scelta da Giuseppe De Santis per ambientarvi alcune sequenze del film Riso Amaro.

Negli anni '50 la S.A.I. , Società Assicurativa Industriale, ne rilevò la proprietà.

Nel 2003 la Cascina Veneria fu nuovamente scelta come location cinematografica dal regista vercellese Matteo Bellizzi per l'ambientazione del documentario Sorriso amaro.

Nel dicembre del 2010 la tenuta venne acquistata dagli attuali proprietari, la famiglia Bertoldo.