Orten Axvall har sin grund i Axevalla hed, exercisplats för Västgöta och Skaraborgs regementen som bebyggdes under 1800-talet. År 1874 öppnades Lidköping–Skara–Stenstorps Järnväg för trafik, och Axvalls epok som stationssamhälle tog sin början.
I järnvägens spår följde viss industrietablering, bland annat genom att ångbryggeriet uppfördes, och 1899 blev Axvall municipalsamhälle. I och med tillkomsten av Skövde–Axvalls Järnväg 1904 blev orten en järnvägsknut.
Den smittsamma lungtuberkulosen blev efter sekelskiftet ett stort hälsoproblem. Runt om i landet uppförde sanatorier för vård av tuberkulospatienter. I Axvall byggdes Stora Ekeberg, som sedan har haft andra funktioner.
På 1910-talet lämnade regementena Axevalla hed, och delar av de militära byggnaderna övertogs senare av folkhögskolan. Vid kommunreformen 1952 blev Axvall centralort för Valle kommun. Utöver kommunalhus mm uppfördes under 1950-talet även småhus och hyreshus, de senare i den kommunala stiftelsen Vallebostäders regi. Villabyggandet tog fart söder om Skaravägen under 1960-talet, för att dramatiskt öka och kulminera under 1970-talet då villabyggandet nådde nivåer som varken förr eller senare skådats i Axvall. Bortåt tvåhundra småhus uppfördes. Trots att järnvägen lades ned i början av 1960-talet och Valle kommun gick upp i Skara kommun tio år senare mer än fördubblades folkmängden från knappt 550 invånare 1960 till ca 1230 invånare 20 år senare.
Axvalls ångbryggeri var länge en viktig verksamhet men i slutet av 1970-talet revs bryggeriet för att lämna plats för nya flerbostadshus.
1938 bildades Bryntessons Skofabrikspersonals koloniförening med syfte att sälja tomter till sina medlemmar samt att uppföra kolonibyggnader Nio likadana stugor byggdes i det som kom att kallas Skomakarbyn.
Det röda kommunalhuset vid Skaravägen inrymde förutom kommunala förvaltningslokaler också poliskontor, postexpedition, bibliotek samt bostäder för kamrer och vaktmästare.
I Axvalls östra utkant fanns tidigare ett ålderdomshem inrymt i ett trähus. År 1961 togs en modern anläggning i bruk. Det har sedan utökats vid flera tillfällen. I början av 1990-talet byggdes den centralt belägna Husaren med dagcentral och bostäder.
Tillkomsten av Axevalla Travbana och senare Skara Sommarland har gett ett mycket stort inflöde av besökare.