Les primeres notícies del castell les trobem l'any 904, quan es va començar la repoblació de la zona, fomentada pel comte Guifré Borrell, que en aquell moment habitava en la fortalesa, pel bisbe Teuderic de Barcelona i per l'abat de Sant Cugat.

El comte Miró, que  va cogovernar amb Guifre, s'encarregava de les terres que envoltaven el riu Llobregat a meitats del segle X. En el seu testament, de l'any 966, va donar la meitat dels alous de Cervelló a la Catedral de Barcelona. Anys més tard, en el 993, el comte Borrell II va donar la meitat dels alous i de les esglésies de Cervelló a la seu barcelonina i l'altra meitat al monestir de Sant Cugat, tal i com havia disposat el seu germà Miró.

L'any 992 els comtes Ermengol i Ramon van vendre a Ènnec Bonfill el castell de Cervelló i les seves possessions. D'aquesta manera s'inicia la nissaga dels Cervelló. Posteriorment Ènnec Bonfill va comprar a la catedral de Barcelona tots els bens  que posseïa en el terme de Cervelló.

Durant els primers segles de la família Cervelló, aquesta va ser fidel a la Corona. A partir del segle XIII les coses van començar a canviar i es van revoltar en nombroses ocasions. En 1224 Jaume I arriba a les portes del castell i el va conquerir després de tretze dies de combat. En 1259 Guillem II de Cervelló va participar activament en la gran revolta dels nobles contra Jaume I. Aquesta guerra afectà greument a les terres de conreu de la zona del Llobregat, ja que en aquesta zona tingueren lloc nombrosos combats. Això va empobrir la baronia de Cervelló i molts homes emigraren cap a Tortosa buscant un futur millor.

Guerau II, hereu de Guillem II, també es va rebel·lar contra el monarca en 1274. Pere II va sufocar la revolta en 1280 amb la presa de Balaguer. Anys més tard, en 1297, Guerau II va vendre la baronia de Cervelló al rei Jaume II.

El monarca va bescanviar amb la comtessa Sibil·la de Pallars els castells de Gelida i de Cervelló, que estava molt malmès, per la vila de Berga. La família dels Pallars vengueren la baronia de Cervelló a la reina Elionor, dona de Pere el Cerimoniós, en 1374. Setze anys més tard Joan I la va tornar a vendre, en aquest cas a la ciutat de Barcelona. Durant la guerra contra Joan II en 1462, la ciutat va fer reforçar les defenses del castell. Malgrat això, la fortificació va quedar molt deteriorada. Tot i la capitulació de Barcelona, la ciutat va conservar la propietat del castell, que en 1714 va tornar a jugar un paper important durant la Guerra de Successió. En el mes de gener el duc de Pòpuli va manar abandonar el castell i la seva demolició davant l'imminent victòria dels filipistes.  

El castell està dividit en dos recintes: el jussà i el sobirà. Aquest segon s'alça en el sector de ponent i està defensat per una muralla romànica.

Era el sector més vulnerable, ja que la resta del recinte estava protegit de forma natural pels penya-segats.

El recinte sobirà té planta poligonal, per tal d'adaptar-se al terreny. Es creu que va ser construït a finals del segle XI i principis del XII. La seva muralla està feta amb carreus ben tallats de color vermellós, el de la roca de la zona.

Domina aquest sector una gran torre de planta trapezoïdal, construïda en el segle XIII.

Al seu costat podem veure les restes de la capella del castell, edificada en el segle XIII.

Era un edifici d'una sola nau i reduïdes dimensions.

La volta de la nau era probablement apuntada i arrencava d'una senzilla motllura, que encara es conserva.

En el mur de la dreta veiem la part baixa d'un pilar adossat, que no té el seu simètric en el mur nord, ni cap evidència de l'existència d'un arc triomfal.

L'absis era carrat, amb una finestra en la part central, que va ser modificada posteriorment.

En els murs laterals de la capçalera s'obrien dos grans arcs de mig punt, a mode de fornícula. El del costat sud ha desaparegut, mentre que el des costat nord encara es conserva.

A llevant de l'església podem veure les restes d'edificacions i algunes estructures excavades a la roca. També s'han conservat els orificis excavats per tal de col·locar estructures de fusta, avui desaparegudes.

El recinte jussà està molt més deteriorat, però encara es conserven les restes de diverses edificacions. Aquestes van ser construïdes entre els segles XI i XII, però reformades en els dos segles posteriors. LA que millor es conserva és l'estructura coneguda com la Sala de Baix, una estança de planta rectangular, que encara conserva part de la seva volta apuntada.