A Keszthelyi hegység északi oldalán a Lesencepatak mellett terül el az ősi Tomaj nemzetség volt családi fészke, a mai Lesencetomaj. A nemzetség az ősi birtokot mindvégig uralta, a család teljes kihalásáig. A XVI. századi okiratok a települést a községen átfolyó patakra utalva, már Lesencetomaj néven említik.
A település, illetve közvetlen környezete feltételezhetően kedvező fekvése miatt már a római korban is lakott volt. Erre utalt az 1802-ben a falu határában fellelt két feliratos kő, amelyet Jupiter tiszteletére állíthatták a római légió katonái. A sírfeliratokon az alábbi szöveg olvasható:
„A legjobb és leghatalmasabb Iuppiternek. Flavius Attacianus, a legio I. Adiutrix katonája fogadalmát teljesítette, mert az Isten megérdemelte.”
„A legjobb és leghatalmasabb Iuppiternek. Titus Flavius Severus fogadalmát teljesítette magáért és a családjáért.”
1901-ben Csertetőn római kori urnatemetőt, majd a későbbi ásatások a Piros-kereszt környékén nagy kiterjedésű, késő népvándorlás kori VII-VIII. századi temetőt tártak fel. Az első írás, amely a községet említi az 1121-ben keletkezett Almádi apátság alapító levele. A következő írásos emlék 1256-ból, majd 1343-ból származik, az a pápai tizedjegyzék, amely a község Szent Péter tiszteletére emelt templomát említi. A templom melletti temetőből került elő az a vörösmárvány sírkő, amely az 1400-ban elhunyt Tomaj Pál emlékét örökítette meg.
A későbbiekben egyre több írásos feljegyzés említi a település nevét fontosabb eseményekkel és cselekményekkel kapcsolatban. Az 1518-ban Vithai Barka György ellen támadó Tomaj Ferenc itteni birtokait II. Lajos király elkobozta, majd 1519-ben Némay Bálint deáknak adományozta. 1564-ben a község és környéke már Devecseri Csoron András veszprémi főispán birtokában volt. A török hódítás a települést sem kímélte, elpusztult a Lesence-patakon álló 4 vízimalom, majd a falu is lassan elnéptelenedett. 1678-ban a falu akkori földbirtokosa, Lengyel János újjáépítteti az 1624-ben épített, s később lerombolt kastélyát, majd 1696-ban elkezdte a még puszta telkek betelepítését. 1711-ben a pestisjárványban 10 gazda halt meg, tovább csökkentve a település lakosságának létszámát. 1715 és 1720 között olyan mértékű volt a létszámcsökkenés, hogy a község a szomszédos Németfaluval közösen választott bírót. A XVII. század végén, illetve a XVIII. század elején a stagnálás volt jellemző Lesencetomaj településre.
A fejlődést Tóti Lengyel Krisztinának Nedeczei Nedeczky Károly kancelláriai referenssel kötött házassága indította el. Az új földbirtokos 1752-ben felépítette a ma is álló barokk stílusú kastélyukat, valamint a régi romokból a mai templomot. A fejlődés magával vonta a lakosság létszámának lassú növekedését is. 1770-ben a nemesekkel együtt már 524 fő számára jelentette a fő megélhetési forrást a szőlő- és gesztenyetermesztés, valamint a balatoni halászat.
1806-ban Nedeczky Károly akkori veszprémi nagyprépost átépítette a község templomát. Az egységes földesúri birtok az utolsó Nedeczky családfő halála után a fiú és leányági örökösök a Hertelendy, a Batka és a Czapó családok között oszlott meg. Vásárlással gróf Deym Ferenc volt császári altábornagy is tulajdonjogot szerzett a birtok kisebbik részére. 1929-ben ismét gazdát cserélt a birtok egy része, gróf Deym Jánostól gróf Károlyi József vásárolta meg, aki a szigligeti birtokának nagyságát növelte a megvásárolt területtel. Lesencetomaj utolsó nagybirtokosai Hertelendy Ferenc 352 katasztrális hold nagyságú és gróf Károly István 3087 katasztrális hold nagyságú területtel.
A Hertelendy uradalom már a II. világháború kitörése előtt tönkrement, kastélyukat 1945-ben a falu lakossága lerombolta és széthordta. A Károlyi birtok 1945-ben az állam kezébe került, a kastélyban 1955. óta Pszichiátriai Betegek és Fogyatékosok Otthona működik. A faluban elég későn, 1960-ban alakult meg a volt nagybirtokok területén a helyi Mezőgazdasági Termelőszövetkezet, amely 10 évi önálló tevékenység után, 1970-ben egyesült a balatonedericsi Mezőgazdasági Termelőszövetkezettel. 1970-ben egyre több munkaerőt igényelnek a környező városok (Tapolca, Sümeg és Keszthely) dinamikusan fejlődő üzemei, így a mezőgazdaságból élők aránya lassan lecsökken a munkaképes lakosság 35 %-ára.
Az 1968-ban épült nyolc tantermes általános iskola, később felvette Nedeczky Károly püspök nevét, s közös fenntartásba került a szomszédos Lesencefaluval. A község közigazgatása 1979-ig helyben volt, majd a balatonedericsi Községi Közös Tanácshoz tartozott. A rendszerváltáskor önálló települési önkormányzat alakult. A Körjegyzőséget Lesencefaluval közösen alapította meg a község, de a székhely Lesencetomajra került. A falu lakossága 1990-ben emlékmű állításával adózott a község II. világháborúban elesett 47 lesencetomaji áldozatának.