Nazwa Grębałów ma charakter dzierżawczy, pochodzi od nazwy osobowej Grębał, Gręboł. Jest to nazwa typu przezwiskowego, pochodzi od słowa gręby, czyli gruby. Na przestrzeni dziejów nazwa występowała między innymi jako Grambolow, Grambolowicz, Grąbolow.
Wieś Grębałów była położona 11 km na północny - wschód od centrum Krakowa, w dolinie łagodnie opadającej w kierunku południowo - wschodnim, z dwóch stron otoczona przez wzniesienia. Graniczyła od północnego - zachodu z Zesławicami, od północy Kantorowicami; od wschodu i południowego - wschodu z Luboczą, od południowego - zachodu z Krzesławicami. Zabudowa wsi miała charakter zwarty, typu okólnica. Najstarszą część Grębałowa wyznaczają dzisiejsze ulice Grębałowska, Stokowa, Franciszka Twaroga.
Od czasów średniowiecza wieś podlegała parafii pod wezwaniem św. Wincentego w Pleszowie. W 1981 została erygowana parafia pod wezwaniem Miłosierdzia Bożego na Wzgórzach Krzesławickich, która obejmuje obszar dawnej wsi Grębałów.
Pierwsze wzmianki o Grębałowie jako Grambalow, występują w falsyfikatach dokumentów, które dotyczą uposażenia klasztoru Cystersów w Jędrzejowie, a datowane są na lata 1166 -1167 oraz 1210. Wieś w 2. połowie XII wieku stanowiła własność klasztoru Cystersów w Jędrzejowie. W dniu 6 lipca 1247 za zgodą biskupa krakowskiego Jana Prandoty, została zawarta ugoda między klasztorem w Jędrzejowie, a kapitułą katedralną krakowską. Na mocy ugody kapituła krakowska otrzymała Grębałów. Na przestrzeni dziejów była wsią prestymonialną, oznaczało to, że kapituła nadawała ją swoim kanonikom, dla których dochód ze wsi stanowił często źródło dożywotniego utrzymania. W 1453 wieś dzierżawił Paweł z Zatora (około 1395 - 1463) kanonik krakowski, wybitny kaznodzieja, profesor Akademii Krakowskiej, następnie wikariusz generalny diecezji krakowskiej. Po nim dzierżawę objął Paweł z Głowni (zm.1493) dziekan krakowski, kanonik gnieźnieński, sekretarz królowej Zofii Holszańskiej. W 1471 dzierżawcą wsi został Zbigniew Oleśnicki (około 1430 - 1493) scholastyk krakowski, następnie podkanclerzy koronny, po 1480 arcybiskup gnieźnieński; bratanek kardynała Zbigniewa Oleśnickiego.
W latach 1453, 1464 król Kazimierz Jagiellończyk przeniósł wsie kapituły krakowskiej między innymi Grębałów z prawa polskiego na prawo niemieckie magdeburskie oraz nadał jej immunitet sądowy.
Według relacji Jana Długosza z lat 1470 - 1480 znajdował się tu dwór, folwark, karczma, 5 ½ łana kmiecego. W 1527 wieś dzierżawił Stanisław Tarło (około 1480 - 1544) kanonik krakowski, sekretarz królewski, następnie biskup przemyski. We wsi znajdowała się w Grębałowie duża pasieka, browar, ogród chmielowy, sadzawka rybna.
Według rejestru poborowego województwa krakowskiego z 1629 odnotowano, iż Grębałów nadal stanowił własność kapituły krakowskiej. W 1789 wieś liczyła 150 mieszkańców, 26 domów, znajdował się tu dwór, 2 karczmy. W 1799 wieś była dzierżawiona przez ks. Augustyna Lipińskiego (zm. 1814), który był znanym kaznodzieją, scholastykiem krakowskim, kustoszem katedry krakowskiej, następnie wikariuszem i oficjałem generalnym krakowskim. Od końca XVIII wieku wieś była wydzierżawiana przez kapitułę osobom świeckim.
W latach 1834 - 1836 Komisja Włościańska z delegatem Leonardem Królikiewiczem dokonała ostatecznie oczynszowania wsi. Po 1836 wieś dzierżawił wspomniany Leonard Królikiewicz.
W 1857 gminy Lubocza i Grębałów zobowiązały się wystawić i urządzić budynek szkolny (szkoła powstała w Luboczy). W 1870 wieś liczyła 254 mieszkańców. Obszar dworski należał do kapituły katedralnej krakowskiej, liczył 114 morgów ziemi. Gromada posiadała 217 morgów.
W latach 1881 - 1886 na wzgórzu pomiędzy Grębałowem i Krzesławicami został wybudowany jednowałowy, fort artyleryjski "Krzesławice" (nr 49) w kształcie lunety. W latach 1897 - 1899 w pobliżu wsi powstał fort "Grębałów" (nr 49 1/4), według projektu austriackiego architekta Maurycego von Brunnera juniora. Fort międzypolowy, główny, pancerny, wyposażony w tradytory o oryginalnej konstrukcji. Fort bardzo dobrze utrzymany; obecnie ośrodek jazdy konnej dla dzieci i młodzieży, prowadzony przez Towarzystwo Krzewienia Kultury Fizycznej „Przyjaciel Konika”.
Pod koniec XIX wieku wieś liczyła ponad 250 mieszkańców i około 35 domów. W 1899 uruchomiono linię kolejową Kraków -Kocmyrzów, ze stacją kolejową w Grębałowie.
W 1912 powstała spółka wodna w Grębałowie, w celu osuszenia pól i łąk znajdujących się na granicy wsi i sąsiedniej Luboczy.
W listopadzie 1914 wieś została całkowicie zniszczona przez wojska austriackie, w ramach przygotowań do obrony twierdzy Kraków. Na przełomie listopada i grudnia 1914 w pobliżu Grębałowa toczyły się walki pomiędzy oddziałami 4 armii wojsk austro - węgierskich, a nacierającymi wojskami 9 armii rosyjskiej.
W latach 1918 - 1920 nastąpiła odbudowa wsi, pod kierunkiem Wacława Krzyżanowskiego (1881 - 1854) wybitnego architekta krakowskiego. Po zakończeniu odbudowy mieszkańcy Grębałowa postawili kapliczkę Matki Boskiej w centrum wsi.
W 1943 wieś liczyła 474 mieszkańców. Na wzgórzu w pobliżu Grębałowa 29 stycznia 1944 Niemcy rozstrzelali 80 Polaków, więzionych wcześniej w Krakowie na ulicy Montellupich. W latach 1937 - 1948 majątek kapituły był dzierżawiony przez znaną firmę hodowli roślin Freege, majątek został przejęty przez państwo w 1950. Od 1964 na polach w większości krzesławickich zaczął funkcjonować cmentarz komunalny zwany Grębałowskim.