Le bourg de Moulay est assis sur un site archéologique de première importance, un vaste oppidum qui a fait l'objet de plusieurs campagnes de fouilles. Traditionnellement appelé "camp de César", ou "camp romain", dénominations qui apparaissent sur le plan cadastral napoléonien de 1827 et sur la carte d'Etat Major, le site était connu de longue date bien que sa nature demeurât incertaine. Il ne s'agit pas en réalité d'un camp romain mais bien d'un oppidum gaulois de la Tène finale, qui semble avoir été abandonné à l'époque romaine, avant d'être réinvesti à l'époque mérovingienne.

L'étude du site s'est faite en deux temps. L'extrémité de cet oppidum, un retranchement délimité sur trois côtés par les vallées de la Mayenne et de l'Aron, protégé par un rempart de terrassement bien conservé, a été fouillée de 1972 à 1975 sous la houlette de Jacques Naveau, lors de la construction d'un lotissement. Délimitant un espace clos de 12 hectares, le rempart principal, long de 380m, ferme le côté oriental, tandis qu'un rempart secondaire en pierre sèche a été mis en évidence sur le rebord du plateau, sur les trois autres côtés. Trois accès ont été identifiés, deux aux extrémités du rempart de terrassement, ainsi qu'une poterne en surplomb de la confluence des deux rivières, donnant accès à un gué disparu sur la Mayenne localisé près de la confluence. L'enceinte a été inscrite Monument Historique en 1986. Le diagnostic préalable à l'aménagement du contournement de Moulay a donné lieu en 2004 à la découverte d'un autre rempart à un kilomètre au nord-est, long de 1 200m. De type Murus gallicus, il délimite un espace enclos total de 135 hectares. La fouille, réalisée de 2009 à 2011, a révélé l'ampleur véritable de l'oppidum de Moulay et a mis en évidence plusieurs quartiers à vocations différentes, résidentielle ou artisanale, autour d'une esplanade publique. Cet oppidum est considéré comme l'un des plus grands de France et le plus vaste du massif armoricain, sans doute la capitale des Aulerques Diablintes aux IIe et Ier siècles avant Jésus-Christ.

La capitale étant transférée à Jublains (Niviodunum) à l'époque augustéenne, le site de Moulay semble un temps abandonné. Son occupation à l'époque mérovingienne a toutefois été attestée par la découverte de poteries et de cercueils coquilliers. Une remise en défense du rempart a également pu être observée lors des fouilles. Mais le témoignage le plus important de cette époque demeure l'église paroissiale, dont la nef présente des élévations parmi les plus anciennes de la Mayenne : il s'agit d'un vaisseau de 11,40m sur 7,50m, construit en petit appareil cubique de granite et présentant un grand arc en briques côté sud qui devait donner sur une chapelle, avec peut-être son pendant au nord. D'après une datation au carbone 14 d'un prélèvement de charbon de bois, l'église daterait du VIe ou du début du VIIe siècle. Selon les conclusions d'Alain Valais, l'église de Moulay serait la plus ancienne du Maine "et parmi l'un des plus anciens témoins de christianisation des campagnes mancelles".

Paradoxalement, les périodes plus récentes sont moins bien connues et les textes peu diserts. On retrouve l'église de Moulay au début du XIIe siècle aux mains des moines d'Evron. Aucune information importante n'est à relever concernant le bourg avant le XIXe siècle. De taille très modeste, il ne compte sur le cadastre de 1827 que quelques maisons et le presbytère répartis autour de l'église et de son cimetière. En 1899, l'instituteur communal y dénombre une quinzaine d'habitations. Le village des Ormeaux, établi le long de la route de Paris à Brest reconstruite de 1740 à 1745, est alors plus important en taille. Au cours du XIXe siècle, si le cimetière est transféré au sud du bourg, la mairie-école en revanche s'implante aux nord des Ormeaux, en dehors de l'ancien rempart en terre. Le noyau ancien étant à l'écart de la route reliant Mayenne et Laval, le centre de gravité communal bascule du côté de celle-ci.

Toutefois, c'est la 2e moitié du XXe siècle qui transforme définitivement le visage du bourg de Moulay. La proximité de la ville de Mayenne en fait un secteur recherché pour la construction de maisons individuelles. A partir des années 1970, tout l'espace à l'intérieur du premier rempart gaulois autour de l'église se couvre de pavillons, tandis que les quelques maisons anciennes sont remaniées. Aujourd'hui, le bourg de Moulay donne l'aspect très curieux d'un vaste lotissement autour d'une église. L'étalement urbain le rattache désormais au village des Ormeaux, avec lequel il forme une seule et unique entité. L'extension pavillonnaire se poursuit vers le nord, en direction de Mayenne : les lotissements récents assurent désormais la continuité urbaine entre le bourg de Moulay et la ville de Mayenne.