Cefalú var beboet allerede i oldtiden, dels fordi jorden var meget frugtbar på dette område og dels på grund af stedets strategiske betydning med en imponerende klippe til beskyttelse. Menneskets tilstedeværelse her allerede i stenalderen kan spores af de fund, der er gjort i grotterne på østsiden af klippen.
Byens historie tog sin begyndelse i det 5. århundrede f. Kr., og fra denne periode stammer de mure, som omkransede byen ved foden af klippen. Det var denne klippe med sin specielle form, som gav byen sit navn, Vephaloedium (hoved).
Det var Roger den Anden, der i det 12. århundrede udbyggede stedet og gav det den byplan, som er et karakteristisk træk ved byen endnu i dag. Denne periode efterlod et betydeligt mindesmærke, den store domkirke, der var et magtsymbol for Roger, som ikke alene havde den politiske, men også den religiøse magt.
Fra anden halvdel af det 13. århundrede havde familien Ventimiglia uomtvisteligt magten i den lille by. de boede i Osterio Magno, et befæstet palæ bygget på normannisk tid. I dag er palæet, der ligger langs byens hovedgade, sæde for kunstarrangementer.
Den lille by der blev lagt ind under staten i anden halvdel af det 15. århundrede, gik en rolig tid i møde, afbrudt af en nedgangsperiode i det 19. århundrede. Heraf har den dog rejst sig i de sidste år takket være en blomstrende turistindustri.
