Die ersten menschlichen Spuren auf dem Gemeindegebiet von Winznau können in die ausgehende Altsteinzeit, in das Magdalénien, datiert werden. In dieser Zeit - ungefähr 10‘000 - 15‘000 Jahre v. Chr. mussten die Menschen in der Umgebung von Olten gute Lebensbedingungen vorgefunden haben. Vor allem fanden sie hier das begehrte Rohmaterial für die Herstellung ihrer Werkzeuge, den Feuerstein. Da diese Werkzeuge, die auf den Fundplätzen im Käsloch, im Köpfli, auf der Wilmatt, im Oberfeld, im Kleinfeld gefunden wurden, mit den Werkzeugen von südfranzösischen Fundplätzen vollständig übereinstimmen, kann angenommen werden, dass die Menschen dieser Zeit aus den südlichen Teilen Frankreichs nach Nordosten abwanderten und in unseren Gegenden «sesshaft» wurden.
Beim Übergang von den steinzeitlichen Epochen zu den Metallzeiten verlor der Feuerstein als Rohmaterial seine Bedeutung, darum ist die Besiedlung in der Bronzezeit (1800-800 v. Chr.) und in der anschliessenden Eisenzeit viel geringer oder kann wegen der Verwitterung der Metallwerkzeuge nicht mehr nachgewiesen werden.

Dass aber Menschen ansässig waren, zeigen die Grabhügel im Hardwald in Obergösgen, die unmittelbar an die Gemeinde Winznau grenzen. Die Kelten, so nannte man das Volk der Eisenzeit, kannten die Erd- und Feuerbestattung, das kann auch bei den vier Grabhügeln im Hardwald nachgewiesen werden. Bei den Erdbestattungen wurden hauptsächlich Fibeln, Armbänder, Fingerringe, Rasseln, Spangen, Ohrringe, Tongefässe, Steinbeile und Keramikplatten gefunden.

Ob in Winznau ein römischer Gutshof bestanden hat, kann mit Sicherheit nicht gesagt werden, doch lassen die anlässlich der Verbreiterung der Kantonsstrasse 1968 im Dorfzentrum angegrabenen Mauerquerschnitte und die gefundenen Ziegel vermuten, dass das Teile eines grössern Gebäudekomplexes sein müssen.
Vorgefundene Münzen und der Name der Strasse von Winznau über den Eibach nach Lostorf, der Rennweg heisst, weisen auf römisches Leben hin. Die Bezeichnung Rennweg wird in der Regel immer dort verwendet, wo römische Verkehrsbeziehungen aufkommen. Die Rennwege in Zurzach und Zürich führen genau zu den römischen Kastellen. Auch über den hiesigen Rennweg oder doch in der Nähe desselben mussten die römischen Verbindungswege vom Castrum Olten nach Lostorf über den Schafmattpass, auf dem römische Karrengeleise gefunden wurden, geführt haben. Um es ganz deutlich zu sagen: Der Rennweg ist nicht eine von den Römern erbaute Strasse, sondern der Name weist nur auf ehemalige Strassenführungen hin.

Nach dem Rückzug der römischen Truppen nach Italien kamen nach und nach die Germanenstämme in die Nord- und Ostschweiz. Alemannische Gräberfunde mit Schwertern als Beigaben wurden 1925 auf dem Gelände des ehemaligen Konsumgebäudes gemacht. Auch der Dorfname weist in die Alemannenzeit um 600 n. Chr. zurück. «Winzenowa» setzt sich aus dem althochdeutschen «owa» und «Win(i)zo» zusammen. «owa» wandelte sich im Laufe der Zeit sprachlich zu Aue, d.h. Land am Wasser. «Win(i)zo» war wohl ein alemannischer Sippenführer, der mit seinen Angehörigen «das Land am Wasser» bebaute.