בשנת 1909 רכש יהושע חנקין ממשפחת סורסוק 9,500 דונם בעמק יזרעאל, בהן אדמות הכפר פולה. 3,500 דונם מאדמות אלו הוקצו להקמת 'קואופרציה', צורת התיישבות שהוצעה על ידי הסוציולוג פרנץ אופנהיימר ואומצה על ידי ההסתדרות הציונית בקונגרס הציוני ה-9 (1909) כתוכנית יסוד להתישבות חקלאית בארץ ישראל. 'הקואופרציה' היא יישוב חקלאי שיתופי שממוקם על אדמות הלאום ומנוהל על ידי אגרונום ופקיד. המתיישבים מקבלים שכר בהתאם לרמתם המקצועית והביצועית ולהיקף עבודתם במשק המשותף, וכן הם רשאים להחזיק משק עזר קטן. במרחביה נעשה ניסיון ראשון להקים יישוב במתכונת זו.

בשנת 1910 התישבה במרחביה קבוצת כיבוש מאנשי 'השומר' במטרה לעבד את האדמות ולשמור עליהם במשך שנה. בשנת 1911 הוקמה 'הקואופרציה במרחביה' על ידי קבוצת עולים מגליציה בראשות האגרונום שלמה דיק. בתחילה גרו חברי הקבוצה בצריפים ובשנת 1913 נבנו החצר ומבני הקבע על פי תכנון של האדריכל אלכסנדר ברוולד בסגנון של בתי חווה בגרמניה. המתיישבים החלו לפתח את המשק החקלאי וההתחלה נראתה מבטיחה. אולם, במהרה החלו להכביד קשיי העבודה, המחלות, פגעי הטבע והאקלים, שהפכו את המשימה לכמעט בלתי אפשרית. התעוררו עימותים עם האגרונום האחראי. שיטת השכר הדיפרנציאלי הקשתה על בעלי המשפחות וגרמה לסיכסוכים בין החברים. נוספו לכך התנכלויות של השלטון העות'מאני ושל השכנים הערבים. במהלך מלחמת העולם הראשונה גברו הקשיים והתלאות. בשנת 1918, לאחר סיום המלחמה, התפרקה הקואופרציה וחבריה התפזרו: חלקם עברו למושבה מרחביה הסמוכה, חלקם השתתפו בהקמת מושב העובדים הראשון נהלל והאחרים נפוצו בארץ. בשנים הבאות ישבו במרחביה באופן זמני קבוצות שונות של פועלים.

ב-15 באוקטובר 1929 התיישב במרחביה 'קיבוץ השומר הצעיר הרצליה' (שכונה גם 'קיבוץ גליציה א'). תחילתו של הקיבוץ במספר חניכים של 'השומר הצעיר' שעלו לארץ בשנים 1922-1921 והתארגנו כקבוצת עבודה בתל-אביב. הם ניהלו חיי שיתוף ועבדו בבנין ובעבודות מזדמנות אחרות. משם המשיכו לקרית ענבים, מוצא, הרצליה וזכרון יעקב  ועבדו בבניין, חציבה, סלילה, יעור, שמירה וייבוש ביצות. בשנת 1923 התאחדה איתם קבוצה של יוצאי 'השומר הצעיר' מגליציה ובהמשך הצטרפו חברים בודדים נוספים. בשנת 1927 עברו חברי הקיבוץ לחיפה, הקימו מחנה בבת גלים ועבדו בסלילת כבישים, ייבוש ביצות ג'ידרו (כיום - הקריות) ועבודות משק בית. באפריל 1927 הוקמה במחנה בבת גלים תנועת 'הקיבוץ הארצי-השומר הצעיר' על ידי 'קיבוץ הרצליה' והקיבוצים עין שמר, מעברות ומשמר העמק.

במהלך השהות בבת גלים הוצע לחברי הקיבוץ להתישב במרחביה. הם נענו להצעה למרות שידעו על המצב הקשה במרחביה, על המחסור במים, באדמות ובתקציבים. למחרת יום הכיפורים 1929 עברו חברי הקיבוץ, שמנו 65 חברים ו-4 ילדים. השנים הראשונות במרחביה היו שנים של עבודות חוץ, שיקום ענפי המשק וגיבוש חברתי. המשק החקלאי התבסס בתחילה על גידולי פלחה עם מעט מים תוך הכנסת מיכון חקלאי וזנים חדשים. כמו כן נשתלו כרמים והוקמו ענפי הרפת, הלול והצאן.

תוך שנים אחדות הצליחו חברי הקיבוץ להתבסס במקום ולפתח משק יציב מבחינה כלכלית וחברתית. במרחביה נקלטו חברים חדשים, הוכשרו גרעינים חדשים לחיי קיבוץ ונערכו השתלמויות בכל ענפי החקלאות. חברי הקיבוץ היו פעילים בחיים הפוליטיים, החברתיים והבטחוניים בארץ. עם חברי הקיבוץ נמנה מאיר יערי, מראשי 'הקיבוץ הארצי-השומר הצעיר' ומפ"ם. במרחביה שכנו המוסדות המרכזיים של תנועת 'הקיבוץ הארצי', בהם בית התנועה, מערכת 'ספרית פועלים', ארכיון 'הקיבוץ הארצי'. בבית התנועה פעל בית דפוס שבו הודפסו עיתוני התנועה 'משמר' ואחר כך 'על המשמר', ספרי הוצאת 'ספרית פועלים' וטפסים שונים עבור הקיבוצים. 

בשנת 1934 נקלטה במרחביה השלמה ראשונה של חברי 'השומר הצעיר' מפולין. באותה שנה נקלטה גם חברת הנוער הראשונה, ובעקבותיה הגיעו נוספות. בתקופת מלחמת העולם השניה שירתו חברי מרחביה בבריגדה היהודית והשתתפו בפעילויות ההעפלה בארץ ובחו"ל. למרות הקשיים באותן שנים המשק גדל ונקלטו שלוש השלמות: של חברי התנועה מישראל, קבוצת 'נטע' מצ'כיה ומטרנסילבניה וקבוצת 'החותרים' מיוגוסלביה. כמו כן הוקם במרחביה מוסד חינוכי.

במלחמת העצמאות שימשה מרחביה כבסיס למחלקות הפלמ"ח שפעלו באזור וכן נעשתה הערכות לבלימת 'צבא ההצלה' העיראקי שהגיע עד לכפר זרעין הסמוך. במהלך המלחמה הופצץ הקיבוץ מספר פעמים מן האוויר ושלושה חברים נספו בהפצצות. חברי הקיבוץ השתתפו בלחימה בכל חלקי הארץ.

לאחר המלחמה המשיך הקיבוץ לגדול והתרחבו ענפי החקלאות. בשנת 1960 הוקם בקיבוץ מפעל 'פלסים' ליצור צינורות פלסטיים לחקלאות, לבנין ולתעשיה. המפעל היה למקום התעסוקה העיקרי ולמקור ההכנסה הראשי של הקיבוץ. בשנת 1968 נחנך במרחביה חדר אוכל חדש וגדול.

בשנת 1980 הועברו מזכירות 'הקיבוץ הארצי' והמשרדים לתל-אביב ובית התנועה במרחביה, שהיה מסמליה של התנועה, הפסיק למלא את תפקידו. בשנת 1984 נסגר בית הדפוס בעקבות התישנות המכונות והצימצום בביקוש למוצריו. בשנות ה-80 עבר הקיבוץ ללינה משפחתית. בשנת 2003 נסגר חדר האוכל. בשנים האחרונות הנהיג הקיבוץ שינויים באורחות החיים, הפרטות ומשכורות דיפרנציאליות. הוקמה הרחבה קהילתית על אדמות הקיבוץ ומבני המוסד החינוכי הפכו למרכז קליטה לעולים.

כיום ענפי המשק העיקריים בקיבוץ הם: תעשיה (מפעל 'פלסים'), חקלאות (גידולי שדה, פרדס, מטעים, רפת), שירותים (חשמליה, נגריה, מוסך) ועסקים קטנים.

ב'חצר הגדולה' של מרחביה שוכן כיום מרכז מבקרים חינוכי המספר את סיפורה של מרחביה החל בימי הקואופרציה ועד היום. עוד במקום: מעבדת 'ביתמונה' לשיחזור תמונות ישנות של ארץ ישראל, 'בית יערי', שבו מונצח פועלו של מאיר יערי, ו'החדר של גולדה', שיחזור של החדר שבו התגוררה גולדה מאיר בתקופה שבה שהתה במרחביה.