El Fuero de Nájera, otorgado por el rey Sancho el Mayor en el año 1020, cita a Arenzana, sin especificar si se trata de la de Arriba o de la de Abajo.
Idéntica incógnita se repite en el documento de fundación de tres mayorazgos que Pedro Velasco, Conde de Haro, hizo en 1458 para sus tres hijos, incluyendo en l dote del menor el pueblo de Arenzana. Puede estimarse, sin embargo, que se trataba en este caso de la villa de Abajo, puesto que la de Arriba pertenecía a los monasterios de Nájera y de San Millán.
Llegó a contar – según el censo realizado en el siglo XVI por la Corona de Castilla- con 250 vecinos; esto es, unos 1.250 habitantes.
El “Diccionario de la España dividida por provincias” editado en 1789, reseñaba a Arenzana de Abajo como “Villa Real”. Formó parte de la provincia de Burgos hasta la creación de la de Logroño por Real Decreto de 30 de Noviembre de 1833.