De geschiedenis van Cambrils is helemaal terug te voeren tot aan de prehistorie maar pas met de Romeinen ontwikkelde Cambrils zich pas echt tot een dorp. Een mooi voorbeeld uit deze tijd daarvan is te vinden in de wijk La Llosa waar de resten van een Romeinse villa opgegraven worden. Er zullen er ongetwijfeld nog meer in de grond liggen aangezien Cambrils ideaal gelegen was in de nabijheid van de Via Augusta, de route die helemaal tot het oude Rome leidde en de stad Tarraco, het tegenwoordige Tarragona.
Tussen de Romeinse tijd en de middeleeuwen raakte Cambrils regelmatig in verval maar daar kwam een einde aan in het jaar 1152 toen de toenmalige koningen bepaalde privileges gaven aan Cambrils. Na de herovering op de Moren kwam Cambrils pas echt goed in ontwikkeling vanwege het feit dat het dorp goed gelegen was langs de koningsroute tussen Tarragona en Tortosa. Men beweert zelfs dat niet Salou maar Cambrils als vertrekpunt van de koning Jaime I was, op weg naar Mallorca om dit eiland te heroveren op de Moren. Het zou goed kunnen want in die tijd was de haven van Cambrils al behoorlijk druk.
Rond deze tijd gaf de koning toestemming tot het bouwen van een stadsmuur waarbinnen een dorp ontstond met kerk, klooster, herberg, ziekenhuis, markt en kapel.
In 1640 echter ging het goed mis nadat er een burgeroorlog ontstond in Catalunya. Na 3 dagen vechten tegen het leger van koning Felipe IV, moesten de bewoners van Cambrils zich overgeven en werd een groot gedeelte van de stad verwoest, inclusief de ommuring. Dit feit wordt tot op heden nog steeds herdacht in Cambrils.
In de 17e eeuw ontstond het huidige Casco Antiguo. Voor bescherming tegen de vele piraten die toen in de omgeving actief waren werd de verdedigingstoren gebouwd die nu nog te zien is in de haven van Cambrils en waar op dit moment het Museo del Mar is gevestigd. Het dorp Villafortuny, met zijn eigen kerk en kasteel, werd in die tijd ook veelvuldig aangevallen door piraten en dit leidde tot de samenvoeging van deze twee gemeentes in 1842.
Toen het gevaar van de piraten geweken was besloten de vissers huizen te bouwen rondom de verdedigingstoren wat resulteerde in een compleet nieuwe wijk, el Port de Pescadors, nu het meest bezochte deel van Cambrils. In 1867 werd het treinstation geopend en vanaf dat moment groeit de handel en de economie van het dorp. Buiten de handel in vis is ook de landbouw erg belangrijk voor Cambrils en dit uit zich in de vele olijfboomgaarden en hazelnootplantages die de gemeente rijk is.
In de zestiger jaren ontdekken steeds meer toeristen Cambrils en vanaf dat moment worden er meer toeristische voorzieningen aangelegd. Nu bevinden bijna alle grote hotels die Cambrils rijk is in de wijk Villafortuny. In tegenstelling tot bijvoorbeeld Salou, liggen de meeste hotels hier direct aan het strand.