La documentation médiévale (rare pour ce secteur de Fontevraud où l'habitat était très peu présent avant le XIXe siècle) ne fait aucune mention d'une quelconque fontaine ou source Saint-Mainbœuf.

Parmi les confronts d'un jardin, en 1482, il n'est mentionné là qu'un ruisseau désigné comme une bournée, c'est-à-dire un lit formé du ruissellement d'eaux pluviales, issu des reliefs de la Grande Forêt, à l'est, et qui semble rejoindre, à l'ouest, le cours de l'Arceau. En novembre 1605, une reconnaissance de la même parcelle mentionne cette fois-ci un ruisseau venant de la fontaine Saint-Maimbeuf. Peut-être faut-il identifier comme désignant cette fontaine le rézervoir construit vers 1600, toujours aux abords de cette même parcelle de jardin, à moins qu'il ne s'agisse, dans ce dernier cas, d'un des réservoirs de retenue d'eau que l'on trouvait au XVIIe siècle sur le cours du ruisseau du moulin de la Courvoiserie, autre confront de ce jardin.

Il est en tout cas vraisemblable que cette fontaine ait été construite entre la fin du XVe siècle et le début du XVIIe siècle. À l'examen, les maçonneries, même si elles furent ponctuellement reprises par la suite, sont d'ailleurs cohérentes avec une édification au cours de cette période.

Ce n'est donc peut-être que tardivement, pas avant le XVIe ou le XVIIe siècle, que placée sous le vocable de Saint-Mainbœuf (du nom d'une chapelle voisine détruite en 1970), l'eau de cette fontaine fut associée au culte de ce saint dont l'invocation passait pour guérir les maladies des yeux, selon une tradition orale indiquant que l'on venait encore là dans ce but dans les premières décennies du XXe siècle.

La fontaine est déclarée comme propriété communale à l'état des sections du cadastre napoléonien de 1813.

À la fin du XXe siècle, les moellons des parois de la fontaine et du parapet étaient en grande partie disjoints. Elle fut alors restaurée par la commune en 2000-2001, avec notamment le soutien de la Fondation du patrimoine et de l'Association de sauvegarde du patrimoine de Fontevraud. La fontaine était à l'origine à ciel ouvert, mais il fut, à cette occasion, décidé de la doter d'une toiture.