El topònim Cerdanyola apareix ja al segle X, abans de la invasió d’Almansor, el 956, i es troba documentat al llarg de tot aquest segle, els anys 975, 984, 985 i 986.
Quant al castell, sembla que adquirí el nom de l’església de Sant Marçal, situada en aquest indret i documentada el 1042. Segons F. Duran i Cañameras el castell hauria estat edificat ja al segle XI, que el monestir de Sant Cugat el vengué al comte de Barcelona. Amb tot, el castell no és conegut fins al segle XII sota el domini dels Montcada. Segons el mateix autor, el castell de Cerdanyola devia ser una fortalesa més de les que el comte Ramon Berenguer IV va donar al senescal Guillem Ramon, quan es constituí la senyoria de Montcada el 1135.
Al final del segle XII els Montcada hagueren d’empenyorar la fortalesa de Cerdanyola, com ho demostra un document datat el 1216 pel qual Guillem Ramon de Montcada donà a la seu tarragonina, com a pagament de la multa imposada per la mort de l’arquebisbe de l’esmentada ciutat, 200 rals, assegurats amb les rendes de les terres del terme del castell de Vacarisses mentre no estiguessin desempenyorades les del castell de Cerdanyola. Com a conseqüència d’aquest fet, l’església Tarragonina adquirí uns drets sobre aquesta fortalesa, i en testar Guillem Ramon el 1223 hagué de deixar la dominicatura del castell de Cerdanyola a la seu de Tarragona.
El fill de Guillem Ramon el 1225 transferí, però, el castell a Ramon de Plegamans. El 1233 l’Església de Tarragona promogué un plet contra el nou propietari del castell de Cerdanyola, el qual demanà ajut a Garsenda de Montcada i Castellvell. Aquest litigi s’acabà amb una sentència dictada pel prior de Santes Creus, en nom del Papa, per la qual la possessió del castell s’hauria de repartir. Guillem de Plegamans en fer testament deixà la seva meitat als monestirs de Vallbona i Santes Creus, però els seus fills aconseguiren la cessió, i la propietat retornà al seu patrimoni. La part de l’Arquebisbe de Tarragona fou venuda al monestir de Sant Cugat el 1311.
El 1275 la propietat del castell passà a mans de la família Marimon. El 1311 Romeu de Marimon jurà fidelitat a l’abat de Sant Cugat per la meitat que tenia el monestir. El 1365-70 n’era el seu propietari Simon de Marimon, segons el fogatjament d’aquests anys. Els Marimon retingueren la propietat del castell durant alguns segles. El 1546 n’era el propietari el donzell resident a Barcelona, Bernat Joan de Marimon, que gaudia de la plena senyoria del castell.
El 1640 el castell fou cremat pels pagesos durant la guerra dels Segadors. Vers el 1680 es reconstruí la capella gòtica del castell, la qual estava sota l’advocació de sant Marçal. El 1690 fou concedit el títol nobiliari de marquès a Feliu de Marimon, creant-se així el marquesat de Cerdanyola. A partir del 1865 aquest marquesat passà a la família dels Arróspide i als Trénor. Els propietaris actuals de la fortalesa viuen a València.
El castell, al segle passat, sofrí tot un seguit d’obres de reforma, dirigides per l’arquitecte Gaietà Buigas, les quals configuraren l’aspecte actual, que en cap cas correspon a la imatge autèntica que devia tenir l’antiga fortificació.