De geschiedenis van Grootebroek is erg gekoppeld aan die van naastgelegen Lutjebroek. De namen Grootebroek en Lutjebroek verwijzen naar de grootte van de kernen en de ligging in een broek. De kernen liggen van oorsprong op de zandrug die door het moerasachtig gebied loopt. Daar waar 'Lutje' (luttel) verwijst naar het kleinere moerasachtig gebied, verwijst 'Groote' naar de ligging in een grotere 'broek'.

Ver voor dat deze benamingen voor de plaatsen opduiken werden de zandheuvels al bewoond. Archeologisch werden er in Grootebroek drie grafheuvels uit de bronstijd gevonden. Ook van bewoning in de vijfde eeuw voor onze jaartelling zijn sporen terug gevonden. De benaming 'Grootebroek' komt voor het eerst voor omstreeks 1250 in een bul van paus Innocentius. Er woonde in 1250 zo'n 250 inwoners.

Grootebroek viel onder de banne Broek. Rond 1250 woonde ten noorden van Grootebroek monniken. Ondanks het feit dat de bevolking nog helemaal niet gekerstend was, hadden de, uit het Friese Hemelum afkomstige, monniken wel veel invloed op de gemeenschap. Zo is bekend dat deze zich na de grote overstroming van 1170 erg bemoeid hebben met het herbouwen van de dijken die de streek moesten beschermen. Ook stellen sommige dat ze wat later verantwoordelijk waren de eerste poging van ontginning van het water en moerasachtige gebied tussen het huidige Hoogkarspel en Westeinde. Na 1322 verdwenen de monniken uit het gebied.

In 1364 kregen Grootebroek en Bovenkarspel gezamenlijk stadsrechten onder de naam Broek. Al werd, omdat Grootebroek toen iets groter was dan Bovenkarspel, het eerst onder de naam Grootebroek uitgeschreven, later werd dit hersteld naar Broek. In diverse documenten over de eeuwen heen duikt de naam stede Grootebroek nog wel eens op als benaming voor de stad. In 1402 breidde de stad uit met Lutjebroek, Horn en een jaar later ook met Hoogkarspel. Uit een akte van 2 maart 1424 van Jan van Beieren blijkt dat Grootebroek over een schutterij beschikte.