明代正德十五年（1520年），牛姓第十一世先祖牛兆荣离开北孙村。在村的东北方向，靠湨河南岸、于石佛爷像北择地建村，另立门户，时名“小东庄”。明代隆庆元年（1567年）6月，暴雨连日，蟒河水巨涨，村中房屋坍塌，资财尽失。牛氏第十三世先祖牛动撰与其子牛子敬，又选址在石佛爷沟东南之高地落户，从此安居乐业。清末民初，有田、宋、董、范等姓氏先后落户，由于牛姓人口占90%之上，便易村名为“牛庄”。建国后，因济源县“牛庄”有三个之多，经县政府批准，改称为“牛家庄”，沿袭至今。
牛家庄村位于轵城镇政府驻地东北5公里处。东与河岔村为邻，西和北孙村搭界，南依小郭庄村，北隔湨河与玉泉街道西郭路相望。2个居民组，108户，500余口人，耕地600亩。1940年10月起，牛家庄划归北孙村；1958年8月析出，与大郭庄合并为郭牛庄大队；1978年2月两村分离，牛家庄成为独立的行政单位。
牛家庄人重视教育。建国前，村小人少，仅有私塾一家，学生八、九。解放后，与大郭庄合建初级小学，学费以粮食代替（每生年交小麦4、5斗）。1953年6月，生员增加至50余名，经济源县教育局批准，正式挂牌成立郭牛庄初级小学。建校50余年（2002年，与交兑新村学校合并），牛家庄先后30余人考入农、林、牧师范、政法等各类专科大学，先后20余人成为各行各业的拔尖人才。
牛家庄以农为主，农业以水利为命脉。追求富裕生活的牛家庄人，于1988年全民动员，自己动手，先期修通长约1500米的主干渠，接着硬化两条长约500米的支渠。同年11月，新渠通水，乡党委书记陪同县政府领导视察后，以粮奖代补的方式解决一万元资金，激励了牛家庄人继续开挖大型渗坑两处，解决湨河水污染难题。1989年，驻村扶贫的土地管理局，批借牛家庄资金两万元，村里购买了小四轮拖拉机，配套了小型割麦机和拖斗。至此，牛家庄水电。农机设备齐全，粮食产量逐年提高。
牛家庄曾经村办有铝制厂、制镜厂、螺丝厂、轮窑砖厂等小型企业；曾经投资3万元村建长毛兔养殖厂，曾经投资15万元村建菌种厂，尽管集体经济有所发展，但勤劳、团结与执著的牛家庄人，仍然追求着更美好的生活。2000年5月，牛家庄积极发展高效农业。2001年春，早期投入使用的蔬菜大棚，仅黄瓜一季收入就高达8000余元。2001年5月，牛家庄以每棚奖励两吨水泥、免除一年土地承包费为优惠条件，并聘请市农业局专家驻村技术指导，鼓励村民建造蔬菜大棚。2004年春，济源电视台以此为专题报道了“发展中的牛家庄”，9月1日，时任济源市委书记王铁亲临牛家庄调研。2005年，牛家庄成为全市有名的“双百棚村”和“无公害蔬菜基地”。2008年，牛家庄人均纯收入上万元（时轵城镇农民人均纯收入5623元）。
2012年底，牛家庄响应政府号召，整村拆迁。现牛家庄小区位于济东新区安置一区，家家户户住进了窗明几净方便舒适新房子。
牛家庄村附近有济源大明寺、佛山寺大殿、赵衰墓、五龙口、济源黄河三峡等旅游景点，有天坛砚、寺郎腰大葱、济源冬凌草、济源盘砚、济源玉皇李等特产。