Las primeras noticias del castillo las encontramos el año 904, cuando se empezó la repoblación de la zona, fomentada por el conde Guifré Borrell, que en aquel momento habitaba en la fortaleza, por el obispo Teuderico de Barcelona y por el abad de Sant Cugat.

El conde Miró, que  cogovernó con Guifre, se encargaba de las tierras que rodeaban el río Llobregat a mitades del siglo X. En su testamento, del año 966, donó la mitad de los alodios de Cervelló a la Catedral de Barcelona. Años más tarde, en el 993, el conde Borrell II cedió la mitad de los alodios y de las iglesias de Cervelló a la sede barcelonesa y la otra mitad al monasterio de Sant Cugat, tal y como había dispuesto su hermano Miró.

El año 992 los condes Ermengol y Ramon vendieron a Ènnec Bonfill el castillo de Cervelló y sus posesiones. De este modo se inicia la familia de los Cervelló. Posteriormente Ènnec Bonfill compró a la catedral de Barcelona todos los bienes  que poseía en el término de Cervelló.

Durante los primeros siglos de la familia Cervelló, ésta fue fiel a la Corona. A partir del siglo XIII, las cosas empezaron a cambiar y se sublevaron en numerosas ocasiones. En 1224 Jaume I llega a las puertas del castillo y lo conquistó después de trece días de combate. En 1259 Guillem II de Cervelló participó activamente en la gran revuelta de los nobles contra Jaume I. Esta guerra afectó gravemente a las tierras de cultivo de la zona del Llobregat, debido a que en esta zona tuvieran lugar numerosos combates. El resultado fue un empobrecimiento de la baronia de Cervelló y muchos hombres emigraron a Tortosa buscando un futuro mejor.

Guerau II, heredero de Guillem II, también se rebeló contra el monarca en 1274. Pere II sofocó la revuelta en 1280 con la toma de Balaguer. Años más tarde, en 1297, Guerau II vendió la baronia de Cervelló al rey Jaume II. El monarca intercambió con la condesa Sibila de Pallars los castillos de Gelida y de Cervelló, que estaba muy deteriorado, por la villa de Berga. La familia de los Pallars vendieron la baronia de Cervelló a la reina Elionor, mujer de Pere el Ceremonioso, en 1374. Dieciséis años más tarde Joan I la volvió a vender, en este caso a la ciudad de Barcelona. Durante la guerra contra Joan II en 1462, la ciudad hizo reforzar las defensas del castillo. Pese a esto, la fortificación quedó muy deteriorada. Barcelona capituló, pero conservó la propiedad del castillo, que en 1714 volvió a desempeñar un papel importante durante la Guerra de Sucesión. En el mes de enero, el duque de Pòpuli mandó abandonar el castillo y su demolición ante la inminente victoria de las tropas borbónicas.  

El castillo está dividido en dos recintos: el yusero y el soberano. Este segundo se levanta en el sector de poniente y está defendido por una muralla románica.

Era el sector más vulnerable, debido a  que el resto del recinto estaba protegido de forma natural por el desnivel de la roca.

El recinto soberano tiene planta poligonal, para adaptarse al terreno. Se cree que fue construido a finales del siglo XI y principios del XII. Su muralla está realizada con sillares bien tallados de color rojizo, el de la roca de la zona.

Domina este sector una gran torre de planta trapezoidal, construida en el siglo XIII.

A su lado podemos ver los restos de la capilla del castillo, edificada en el siglo XIII.

Era un edificio de una sola nave y reducidas dimensiones.

La bóveda de la nave era probablemente apuntada y arrancaba de una sencilla moldura, que todavía se conserva.

En el muro de la derecha vemos la parte baja de un pilar adosado, que no tiene su simétrico en el muro norte, ni ninguna evidencia de la existencia de un arco triunfal.

El ábside era rectangular, con una ventana en la parte central, que fue modificada posteriormente.

En los muros laterales de la cabecera se abrían dos grandes arcos de medio punto, a modo de hornacina. El del lado sur ha desaparecido, mientras que el del lado norte todavía se conserva.

A levante de la iglesia podemos ver los restos de edificaciones y algunas estructuras excavadas a la roca. También se han conservado unos orificios excavados, que servían para colocar estructuras de madera, hoy desaparecidas.

El recinto yusero está mucho más deteriorado, pero todavía se conservan los restos de varias edificaciones. Estas fueron construidas entre los siglos XI y XII, pero reformadas en los dos siglos posteriores. La que mejor se conserva es la estructura conocida como la Sala de abajo, una estancia de planta rectangular, que todavía conserva parte de su bóveda apuntada.