La primera referència del lloc de Cambrils és de l’any 1152, que el comte de Barcelona Ramon Berenguer IV feu donació del lloc de Cambrils a Ponç de Regomir perquè hi bastís una torre i la tingués de forma franca. Li atorgà la meitat del territori en franc alou perquè el repoblés i es reservà l’altra meitat. L’església parroquial de Santa Maria de Cambrils devia bastir-se ben aviat, car ja apareix en la butlla que el papa Anastasi IV adreçà a l’església de Tarragona l’any 1154 I de nou en la de Celestí III de 1194. El rector de Cambrils contribuí amb 156 sous i 18 diners a la dècima papal del 1279 i amb 87 sous i 6 diners a la del 1280.
L’església parroquial de Cambrils, al final del segle XV, era de col·lació de l’arquebisbe. El rector de Cambrils tenia dret de col·lació a l’església de Montbrió del Camp, que era sufragània de la de Cambrils.
L’edifici actual és bàsicament renaixentista-barroc, del segle XVII, amb una façana gòtica moderna. Els altars de sant Josep, del 1713, sant Pere apòstol, del 1719, i de les Ànimes, del 1717, foren destruïts l’any 1936.