Les premières traces humaines trouvées à Wimereux datent des années 500 000/700 000 av. J.-C. En effet, des outils tels que les bifaces et les silex y ont été trouvés. De même, les hommes vivaient de pêche, de chasse et de cueillette dans un climat chaud. Il y a 20 000 ans, la zone a été touchée par la glaciation de Würm, ce qui a adouci progressivement le climat.
Les envahisseurs celtes tels que les Morins s’installent dans la zone et s’adonnent au commerce avec les îles britanniques. Après la guerre des Gaules, la Gaule est occupée par les Romains pendant environ 300 ans. Le boulonnais est intégré dans la Gaule Belgique.
Boulogne fût ravagé au IIIᵉ siècle par les invasions barbares. La ville fut par la suite reconstruite au IVᵉ siècle et l’économie locale reprend son envol. La Gaule est envahie au début du Vᵉ siècle par les germains. Clovis Ier devient le premier roi des francs et réunit la Belgique et le nord de la France.
La dynastie mérovingienne succède aux Francs, puis vient l’empire carolingien. On assiste au rattachement de la commune de Wimille au comté de Boulogne. La région connaît de nombreuses guerres après sa conversion au christianisme. En 1214, la bataille de Bouvines est remportée par Philipe-Auguste qui s’empare à nouveau du nord de la France.
Une paix de longue durée s’installa jusqu’à la guerre de Cent Ans. Calais est devenu une région anglaise jusqu’en 1559. De 1347 à 1350, le Boulonnais fut le plus frappé par la peste noire : plus de 30 % des foyers sont touchés par l’épidémie.
Un fort de protection du littoral fut aménagé au niveau de l’embouchure de Wimereux. Les ruines de ce fort étaient encore visibles jusqu’en 1940. Le premier accident aérien de l’histoire s’est déroulé à Wimereux en 1785 : il s’agit de l’accident des aéronautes Pierre-Ange-Romain et Jean-François Pilaatre de Rozier.
Au XIXᵉ siècle, les paysages et l’économie furent profondément bouleversés avec l’arrivée du train. Il fallait aménager des ponts au-dessus du fleuve Wimereux. En 1840, Napoléon Bonaparte (le futur Napoléon III) tenta un coup d’État pour la réimplantation de l’empire. Pour ce faire, il débarqua à Wimereux et voulut provoquer le soulèvement de la garnison de Boulogne-sur-Mer. Malheureusement, il ne réussit pas sa tentative.
Une antenne est installée à Wimereux afin de permettre la communication radio avec South Foreland. La distance fut un véritable record (48 km). Wimereux fut également le lieu qui accueillit les expériences de syntonisation de Marconi avec la côte anglaise. Il s’agissait du tout premier dispositif de protection pour les communications radio. Cependant, l’expérience n’a pas pu être achevée à cause d’un accident au niveau de l’inventeur même si le système fonctionnait parfaitement.
Créée sous le Second Empire, Wimereux tire son nom du fleuve situé à l’emplacement où la ville a été construite. À ses origines, Wimereux était lié à la commune de Wimille dont il s’est détaché en 1899.
Wimereux est une ville à l’architecture remarquable. Elle est constituée d’immeubles et de maisons de la belle époque dont certains sont toujours résistants et entretenus. Les parents du général Charles de Gaulle avaient l’habitude de séjourner à Wimereux avec leurs enfants. Ainsi, de Gaulle a passé plusieurs vacances dans la ville pendant son enfance.
À ses origines, Wimereux constituait la résidence secondaire des riches familles parisiennes et lilloises. Néanmoins, la ville est progressivement devenue la banlieue résidentielle de Boulogne-sur-Mer. Les Belges, les Britanniques ainsi que les Russes adorent d’ailleurs s’y installer.
La station balnéaire de Wimereux a été partiellement détruite en 1945. Le décret du 1er août 2013 la classe comme station de tourisme.