Ottenbronn kommt im Jahr 1075 als "Ottenbrunnan" erstmals in dem Bestätigungsbrief König Heinrich IV. für das Kloster Hirschau unter den Gütern vor, die Graf Adalbert von Calw diesem Kloster neu hinzugestiftet hatte. Jedoch soll der Ort schon unter den frühesten Widemsgütern des Klosters Hirschau zu Beginn des 9. Jahrhunderts aufgeführt sein. Letzteres wird allerdings von verschiedenen Fachleuten bezweifelt; sie sind der Auffassung, dass die Nachricht von der Schenkung Ottenbronns an das Kloster Hirsau um 830 nach Christus deshalb nicht zutreffen könne, weil es sich hier um eine Vorform des Waldhufendorfs handele und die Gemeinde später bei der Aufzählung der Neubeschenkung von Calw genannt werde.

Der Ortsname ist wahrscheinlich von Ode (Otto) abgeleitet. Die Herrschaftsrechte über Ottenbronn kamen wohl mit Liebenzell an Baden. Markgraf Karl von Baden verkaufte beziehungsweise tauschte den Ort 1457 gegen Rechte in Unterhaugstett und anderen Orten an das Kloster Hirsau. Ottenbronn gehörte zum Württembergischen Klosteramt Hirsau und kam mit diesem im Jahr 1807 zum Oberamt Calw. Zum 1. Oktober 1974 wurden die bis dahin selbständigen Gemeinden Neuhengstett und Ottenbronn in die Gemeinde Althengstett eingegliedert.