Fundat al juny del 1916, nasqué per iniciativa de Joan Valls Vidal. En ordre cronològic és el tercer club de natació català (i de tot l’Estat espanyol). El primer president fou Pere Mestre i Montserrat. El 1918 construí la primera piscina d’aigua dolça de l’Estat espanyol, posteriorment desapareguda, i el 1929, una coberta. Fou un dels fundadors de les federacions espanyola (1920) i catalana (1921) de natació. Al desembre del 1959, el president Antoni Monés Giner impulsà la secció de natació inaugurant una piscina coberta de 25 m. Durant els anys seixanta i setanta fou un club de referència a tot l’Estat. El 1989 fou la primera entitat privada d’Espanya que organitzà una Copa d’Europa de natació. Ha acollit diversos Campionats d’Espanya de natació i aconseguí nombrosos títols per equips i a títol individual. Alguns dels nedadors més destacats foren Miquel Torres, Isabel Castañé, Martín López Zubero, Frederik Hviid, Olaf i Aschwin Wildeboer, Nina Jivanevskaia, Lourdes Becerra o Mireia Belmonte. També han destacat els seus waterpolistes Maica García, Mati Ortiz, Jennifer Pareja, Laura Ester, Anni Espar, Pilar Peña, Joan Serra, Pere Masip, Miquel Torres, Joan Serra, Vicenç Brugat, Salvador Franch, Sergi Pedrerol i Dani Ballart (campió olímpic i mundial durant els anys noranta), i les nedadores de sincronitzada Ona Carbonell, Gemma Mengual i Paula Klamburg. De les seves files sortiren vint-i-tres nedadors i cinc jugadors de waterpolo que participaren en uns Jocs Olímpics.
La secció de waterpolo és, juntament amb la de natació, l’altre pilar del club. Entre altres competicions, organitzà el Campionat d’Espanya de waterpolo (1946) i fou seu de waterpolo durant els Jocs Olímpics de Barcelona (1992). L’equip masculí guanyà la Copa del Rei (1998, 2005, 2012), la Supercopa d’Espanya (2002, 2005, 2012, 2020), la Copa Catalunya (2015) i la Copa d’Europa (2022), i fou subcampió de la Copa del Rei (2002, 2006, 2010, 2017) i de la Supercopa d’Espanya (2006, 2010, 2016).
L’equip femení de waterpolo guanyà la Lliga espanyola (2000-02, 2004-05, 2007-09, 2011-19, 2021), la Copa de la Reina (2001-02, 2004-05, 2008-15, 2017-21, 2023), la Supercopa d’Espanya (2009-18, 2020), la Copa d’Europa (2011, 2013, 2014, 2016, 2019), la Supercopa d’Europa (2013, 2014, 2016) i la Copa Catalunya (2009-19). L’equip femení també s’ha proclamat subcampió de la Copa d’Europa (2015, 2018), la Supercopa d’Europa (2012, 2019), la Supercopa d’Espanya (2019) i la Copa de la Reina (1999, 2000, 2007, 2016, 2022).
D’altra banda, l’any 1929 es creà la secció d’atletisme. Participà en campionats d’àmbit estatal i internacional i destacaren atletes com Carme Valero o Àngel Lage. La secció de triatló també té esportistes de nivell internacional, com Miquel Blanchart, Jordi van Hedel o Josep Tatché. Les altres seccions del club són la de basquetbol, voleibol, futbet, futbol sala, petanca, natació sincronitzada, esquaix, frontó i tennis de taula, que la temporada 2017-18 integrà els equips i els palistes del Club Tennis Taula Sabadell. Des del 1962 té associada l’Escola Santa Clara, que compagina ensenyament i esport federat.
L’any 2007 es creà la Fundació Club Natació Sabadell, que fomenta l’esport en general, en especial les activitats aquàtiques emmarcades com a esport de base i esport adaptat. Disposa del Centre Budapest, situat a Can Llong, i les instal·lacions del Centre Montcada. Té diverses piscines, pistes de pàdel, frontó i esquaix, pistes poliesportives i sala de fitness. El 2011 tenia 34.000 socis.