Początki Cefalù są mało znane. Kiedyś u podnóża masywu skalnego La Rocca znajdowała się prawdopodobnie grecka fortyfikacja z V wieku p.n.e. Dziś teren ten zajmuje dobrze zachowane, okolone murami stare centrum miasta.

W czasach bizantyjskich Cefalù, jak i wiele innych miejscowości, ze względów bezpieczeństwa zostało "przeniesione wyżej", tzn. na skałę Rocca, gdzie jeszcze dziś rozpoznać można średniowieczne pozostałości. Z tego też okresu pochodzi kolorowa mozaika, odkryta pod kolumnadą katedry i świadcząca o istnieniu prymitywnej gminy chrześcijańskiej w Cefalù.

Po podbiciu przez Arabów w roku 858 miasto zostało włączone do Emiratu Palermo, a w roku 1063 przejęte przez Normanów pod wodzą Rogera I.

W roku 1920 w Cefalù założone zostało Opactwo Thelemy.