Steinklotz signifie littéralement « bloc de pierre », nom d'un lieu-dit évocateur des roches caractéristiques de ce terroir.
Grégoire de Tours rapporte, dans sa chronique sur l'Histoire des Francs, qu'en 589, le roi Childebert, ayant découvert un complot fomenté contre lui par la gouvernante et son amant, condamna la première à tourner le meule produisant la farine et le second, après lui avoir coupé les oreilles, à travailler à perpétuité la vigne du clos royal.
En 595, le fils de Childebert, Thierry II, devient duc de Bourgogne après avoir passé toute sa jeunesse à Marlenheim. D’aucun penseront que si le vignoble de Marlenheim est alors principalement planté en Pinot Noir c’est que ce cépage est aussi le plus emblématique de Bourgogne.
La dislocation du pouvoir des mérovingiens laisse une foule de propriétaires sur le vignoble de Marlenheim bénéficiaires des "largesses royales". Certains, comme l'abbaye d'Haslach, revendiquent leurs nombreuses vignes en s'appuyant sur des donations du roi Dagobert accordées en 613.
Outre les monarques et l'abbaye d'Haslach, les abbayes de Wissembourg, de Marmoutier et d'Andlau, se partagent le vignoble, jusqu'à ce que la ville de Strasbourg devienne propriétaire de la localité du XIIIème siècle à la Révolution française.
Au XVIème siècle, avec l'invention de l'imprimerie, poètes et écrivains mettent leur inspiration au service du "boni vini rubri". Fischart qualifie le rouge de Marlenheim de "délice", à l'instar du rouge de Saint Hippolyte : "Roter Marlheimer und von S. Bild, o wie milt". Le chroniqueur Bernard Hertzog cite Marlenheim, en 1592, comme la ville du bon vin rouge : "Das Stäten Marley ist berümbt von Gewächs gutes Roten Weins".
D’après une légende, la chapelle du Marlenberg fût construite en 1683 par trois frères qui, au cours d'une tempête en mer, avaient fait un vœu. S'ils étaient sauvés, ils construiraient à leur retour une chapelle dans leur village. Il en alla ainsi, et la chapelle de Marlenheim fut agrandie en 1772 par le premier curé de la paroisse, Ignace Klein. Le chemin de croix du site fut édifié la même année, financé par de riches vignerons du village.