Nemėžis nuo seno buvo musulmonų totorių gyvenvietė - jie čia apsigyveno XI amžiuje. 1684m. čia pastatyta mečetė, tačiau ji sudegė ir dabartinė yra statyta 1909. Aplink bažnyčią įsikūrusios senos totorių kapinės, tebeveikiančios iki šiol. Šiuo metu Nemėžyje gyvena 120 totorių, vis dar gyvos totorių tradicijos.
XVI a. buvo pastatytas Nemėžio dvaras. Jį savo laikais valdė visos garsiausios Lietuvos didikų šeimos: Radvilos, Sapiegos, Chodkevičiai, Oginskiai, Tiškevičiai. Dabartinius dvaro rūmus 1836 m. pastatė Mykolas Tiškevičius. Nors dvaro pastatai išlikę, tačiau parkas su alėjomis buvo sunaikintas tiesiant plentą Vilnius - Minskas.
