Les premiers hommes arrivés en Californie étaient originaires d’Asie. Ils traversèrent le détroit de Béring pour rejoindre la Californie. Avant l’arrivé des Européens sur le continent, ces hommes vécurent pendant des siècles isolés et protégés par les montagnes, formant des petits groupes et constituant ainsi une centaine de tribus (Karok, Maidu, Cahuilleno...), Chaque tribu avait sa propre langue. La plupart des tribus vivaient de chasse et de pêche, ainsi que de la cueillette des noix, de baies et de glands.
Les Européens, plus précisément les espagnols, arrivèrent en Californie en 1530 mais l’exploration véritable du littoral ne commença qu’en 1542. Elle fut entreprise par l'explorateur portugais Juan Rodriguez Cabrillo, engagé par le gouvernement espagnol.
Cependant, en raison des vents et des courants défavorables, la colonisation espagnole se limita au sud de région (Baja California) pendant les deux siècles suivants. Ce n’est qu’après la guerre de sept ans (1756-1763) que l’Espagne commença à véritablement coloniser la région. En 1769, une expédition composée de soldats indiens convertis au catholicisme et dirigée par le missionnaire franciscain Junípero Serra partit de la Basse Californie pour établir une colonie le long du littoral. La première mission fut fondée à San Diego et vingt-et-une autres suivirent. L’installation des ces missions franciscains entraîna l’évangélisation, rarement volontaire, des populations indiennes.
Pour protéger ce territoire d’une attaque maritime éventuelle, les colons construisirent quatre fort militaires (presidios) pour surveiller les baies de San Diego, Monterey, San Francisco, et Santa Barbara. La capitale fut installée à Monterey. Cependant la colonisation et la conversion progressaient lentement.
Vers la fin du siècle, en raison de ses difficultés en Europe, le pouvoir de l’Espagne sur ces colonies américaines diminua, et les colonies se mirent à combattre pour leur indépendance. En 1821, le Mexique, dont la Californie faisait partie à l’époque, conquit son indépendance vis-à-vis de l’Espagne.
Pour attirer plus des colons, le nouveau gouvernement de Californie accorda de nombreuses concessions de terres pour des fermes et des ranchos (exploitations d’élevage) individuels. En 1834, le gouvernement engagea la sécularisation des missions, qui se transformèrent en églises paroissiales et dont les terres furent distribuées aux Californiens blancs ou aux récents immigrés en provenance du Mexique.
Pendant les années qui suivirent, un grand nombre d’étrangers vint des États-Unis, d'Angleterre et de France pour s'installer dans le pays. En 1839, un Suisse, Johann Augustus Sutter (1803-1880), obtint la concession d'un immense territoire de 48 000 hectares au confluent des rivières Sacramento et American, où il établit un village avec un fort, des vergers et des vignobles. En 1841, il acheta des biens aux Russes qui avaient abandonné Fort Ross, un peu plus au nord.
En 1845, le Mexique refusa d'accepter l'annexion du Texas 
par les Etats-Unis, ce qui conduisit les Etats-Unis à déclarer
la guerre au Mexique en mai 1846. Avant l’arrivée des Américains
en Californie le 10 juin, une petite troupe des Américains fut à
l’origine d’une rébellion près de Sonoma. Ils proclamèrent
la république indépendante de Californie et hissèrent
un drapeau où figuraient une étoile et un grizzly. La révolte
fut de courte durée. Les Californiens résistèrent encore
quelques mois aux envahisseurs américains. La guerre en Californie
se conclut par la capitulation en janvier 1847. Un an plus tard, le Mexique
dû accepter de vendre la moitié du territoire de la Californie
aux États-Unis par le traité de Guadalupe Hidalgo, signé
le 2 février 1848.
La même année, de l’or fut découvert sur le domaine de Johann Sutter, à Sacramento. Très rapidement, des chercheurs d'or du monde entier s’y précipitèrent : près de 100 000 personnes vinrent en Californie pendant l’année 1849. Pour organiser l’Etat, 48 délégués se réunirent à Mantorey en Septembre 1848 afin de rédiger une constitution. Cependant il fallut attendre le 9 septembre 1850 pour que la Californie soit admise officiellement au sein de l'Union en tant qu'Etat non esclavagiste, et devenir ainsi le 31ème État des États-Unis.
Pendant les deux décennies qui suivirent la guerre de 1846, la population de la Californie a presque triplé. Tandis que l’exploitation minière d’or restait un facteur important de l’économie, l’agriculture et l’élevage gagnaient en importance. Cependant, le problème des transports à l’intérieur même de l’Etat de Californie et de leur connexion avec le réseau de transports de l’Est des Etats-Unis freina le développement économique de la région. Pour remédier à ce problème des travaux furent entrepris en janvier 1863 sur la ligne Central Pacific des chemins de fer qui relie Sacramento à l’est du pays. Six ans plus tard, le 10 mai 1969 à Utah, la jonction fut fait entre la ligne Central Pacific (en provenance de l’est) et la ligne Union Pacific (en provenance de l’Ouest). Plus de 10 000 chinois, qui firent preuve du courage et de l’intelligence nécessaires pour faire face au défi que représentait le fait de passer les rails à travers les chaînes de montagnes des Sierras, travaillèrent sur ce chantier. La fin du XIXeme siècle fut pourtant marquée par la croissance continue du sentiment anti-chinois parmi la population. Ainsi en 1882, le Congrès Californien adopta la première loi « Chinese Exclusion Act » qui interdisait l’immigration des Chinois en Californie pendant dix ans.
Le XXème siècle commença par une catastrophe naturelle. En 1906, un tremblement de terre et un incendie géant détruisirent une grande partie de San Francisco, provoquant ainsi la mort de 452 personnes. Les décennies qui suivirent ressemblèrent à une « montagne russe » économique. A la croissance et au développement économiques formidables des années vingt succéda la Grande dépression des années trente. Des milliers de gens migrèrent vers l’ouest à la recherche d’emploi pour s’établir en Californie. Le livre de John Steinbeck, Les raisins de la colère, décrit cette époque. La croissance en Californie reprit lentement grâce à l’agriculture principalement (production des oranges et des raisins). La région produisait 90% du vin et des raisins en 1941.
La deuxième guerre mondiale laissa des traces dans la mémoire de la région en raison de la déportation forcée des Japonais vers les camps situés à l’intérieur du pays. La croissance connue lors des décennies d’après-guerre permit à la Californie de développer une image plus gaie et insouciante, caractérisée par les Beach Boys ou par Frankie et Annette.
Les années soixante 
furent marquées en Californie par des protestations et des émeutes : les conflits qui se déroulèrent à l’université de Californie à Berkley entre les étudiants et la police au sujet de la protection des droits civils et de la guerre, les émeutes de 1965 à Los Angeles, les grèves des cueilleurs de raisins menés par Cesar Chavez. Durant ces protestations en 1968, Rober Kennedy fut assassiné à Los Angeles. Cette tendance à combattre en faveur des droits civils et contre le racisme n’a pas disparu. Au début des années 1990 une nouvelle vague de violences raciales poussa les Californiens dans la rue. En 1992, de violentes émeutes secouèrent Los Angeles après l’acquittement de quatre policiers blancs accusés d’avoir battu Rodney King.
A la suite de cette vague de violences, les Californiens trouvèrent un nouveau moyen de faire face à ces émeutes– la marijuana. Les années 1990 furent en effet aussi marquées par la lutte pour la légalisation de marijuana et par l’acceptation de la « Proposition 215 » en 1996, proposition qui permit aux individus de faire pousser la marijuana dans un but médical. Par la suite, cette proposition fut cependant annulée par les tribunaux.
La déréglementation de l'électricité, en 2001, provoqua de graves pénuries dans tout l'État, amplifiant la pénurie économique dont souffrait la Californie suite à l’éclatement de la « bulle internet ».