Nach Hellsau nannte sich ein vom 13.-15. Jahrhundert in den Akten erscheinendes Geschlecht, das in Burgdorf und Solothurn verburgert war: 1226 Henricus dictus Helsower. 1377 Claus und Werner von Hellsowa, 1455 Urs Hellsauer, solothurnischer Vogt zu Balm.

Skelettfunde, vielleicht aus frühgermanischer Zeit, in der Hofstatt des Landwirts Aebi. Möglicherweise war Hellsau einst zähringischer und kiburgischer Besitz. Die Kartause Thorberg besass hier Güter.

Der Ort gehörte ins Gericht Koppigen, dessen Twing und Bann von Thorberg ausgeübt wurde. 1275 befand sich in Hellsau ein Kirchlein mit besonderer Bedienung. Die Pfründe hatte der Leutpriester von Hasle inne. Spätestens zur Zeit der Reformation (ca. 1528) ging die Kapelle ein. Nach der Angabe älterer Topographen gehörte die Gemeinde nun verschiedenen Kirchspielen an: der auf der „Schattseite“ gelegene Dorfteil gehörte zur Seeberger Pfarrei, die Häuser auf der „Sonnenseite“ zur Kirchgemeinde Koppigen, zu der heute das ganze Dorf pfarrmässig gehört.

1886 bis 1918 befand sich im Gasthof Freienhof in Hellsau eine Künstlerkolonie, in die sich die bedeutendsten Maler dieser Zeit gerne zurückzogen. Frank Buchser entdeckte diesen Ort für sich und machte den Tanzsaal des „Freienhofs“ zum Atelier. Cuno Amiet, Giovanni Giacometti und Hans Morgenthaler waren unter anderen hier seine Schüler.