Marienborn dürfte schon früh zur Mainzer Kirche gehört haben, da frühmittelalterliche Belege über Einzelschenkungen an die Reichsklöster fehlen. Die ältesten Belege sind infolge der Häufigkeit des Ortsnamens "Bornen" oft ungewiss in ihrer Zuordnung. Man nimmt an, dass im Zuge der Rodungen während des 10. Jahrhunderts sich die ersten Siedler im Gebiet des heutigen Marienborns niederließen. Auf Geheiß des Mainzer Erzbischofs Willigis (975-1011) soll in Marienborn eine Kapelle errichtet worden sein. Aus dem ursprünglichen Namen „Kapelle zu Brunnen“ wurde mit der Zeit „Born“.
Der frühe Besitz des Rheingauer Klosters Gottesthal in Marienborn ging bereits 1247 an St. Stephan verloren, das spätestens seit dem 12. Jahrhundert zu den größten Grundherren im Ort gehörte. Auch der zweite große Hofbesitzer in Marienborn, St. Viktor, dem 1190 die Kapelle im Ort zufiel, dürfte alten Besitz dort gehabt haben. Neben diesen beiden geistlichen Grundherren hatte 1350 auch das Mainzer Weißfrauenkloster einen Hof in Marienborn. 1473 gelangte ein Hofgut, das auf das Alzeyer Antoniterkloster zurückgeht, an das Mainzer Domkapitel. Seit 1410 lässt sich Besitz der Mainzer Kartause in Marienborn nachweisen. Außerdem war das Kloster Maria Dalheim dort begütert. Die Ortsvogtei war 1194/98 als Lehen der Grafen von Saarbrücken in der Hand Werners II. von Bolanden, der zudem über Lehen von St. Stephan verfügte, die er weiterverlehnt hatte. Nach dem Konflikt der Mainzer Klöster und Stifte mit dem Bolander Erben Philipp von Hohenfels musste dieser 1263 auf alle Einkünfte aus dem Marienborner Fronhof von St. Stephan verzichten. Die Hohenfelser bzw. Hohenfels-Reipoltskircher blieben jedoch im Besitz der Ortsvogtei, die sie in der Folgezeit an niederadlige Familien der Umgebung verliehen. 1307 ist ein Baldung gen. Vinck als Vogt in Marienborn belegt, im 15. und zu Anfang des 16. Jahrhundert waren die Hirt von Saulheim Lehnsmannen der Reipoltskircher in Marienborn. Auf dem Erbweg gelangte das Lehen an die Herren von Reifenberg. Nach dem Aussterben der Hohenfels-Reipoltskircher wurde die Ortsvogtei an den Mainzer Beamten Dr. Rosenthal verkauft, von dessen Erben der Mainzer Erzbischof 1631 den Ort erwarb. Er wurde dem Amt Nieder-Olm unterstellt.
Marienborn war im 18. und 19. Jahrhundert Teil des Festungswalls, der sich um die Stadt Mainz zog.
Mit dem Bau der Ludwigsbahn nach Alzey 1871 wurde Marienborn an das Eisenbahnnetz angeschlossen. Am 8. Juni 1969 wurde Marienborn nach Mainz eingemeindet.