Kempeleen alue on varsin myöhään noussut merestä, joten siellä ei ole ollut asutusta kivikaudella. Kempeleen Kuuselan tilalla on tehty rautakautinen löytö, joka sisältämä esineistö osoittaa karjalaisten erämiesten liikkuneen alueella.[13]

Kempele asutettiin todennäköisesti 1500-luvun puolivälissä. Kirjallisissa lähteissä Kempele mainitaan ensimmäisen kerran vuonna 1568, jolloin alueella oli kolme taloa. Asutus vakiintui vuosisadan loppupuolella. Kempeleen ensimmäiset asukkaat olivat todennäköisesti kotoisin Oulunsalosta ja pääasiassa uudisasukkaat tulivatkin naapuripitäjistä. Eräelinkeinoilla ei Kempeleen historiassa ole koskaan ollut kovin suurta merkitystä, koska Kempeleen asutus syntyi ja vahvistui 1500-luvulta lähtien maanviljelyn ja karjanhoidon varassa. Alkuaikoina myös kalastus oli tärkeä elinkeino, mutta sen merkitys väheni maanviljelyn ja karjatalouden voimaperäistyessä. Laajat luonnonniityt ovat soveltuneet eriomaisen hyvin rehuviljelyn kasvattamiseen ja myös kivettömien entisten merenpohjamaiden muokkaus on ollut suhteellisen helppoa. Voi ja juusto olivat pitkään viljan ohella Kempeleen tärkeimmät myyntituotteet. Pääosa tuotannosta myytiin Ouluun.[13]

Kempele kuului aluksi seurakunnallisesti Liminkaan. Oulu ja Oulunsalo erosivat Limingasta vuonna 1610, jolloin Kempele jäi edelleen emäseurakunnan yhteyteen. Kun Oulunsaloon rakennettiin kappelikirkko vuonna 1665, alkoivat kempeleläiset puuhata liittymistä Oulunsaloon. Tilanne jatkui epäselvänä, kunnes muodostettiin Limingan alainen Kempeleen kappeli vuonna 1688. Oma kirkko Kempeleeseen valmistui vuonna 1691, mutta oma pappi saatiin vasta vuonna 1740. Vuonna 1735 Kempeleessä oli 444 asukasta. Asukasluku kasvoi tasaisesti, sillä vuonna 1800 asukkaita oli 608, vuonna 1850 921 ja vuonna 1900 jo 1 237.[13]

Kempeleen ja Oulunsalon yhdistämishankkeet tulivat uudestaan esille 1800-luvulla, jolloin yhdistämistä suunniteltiin kolme kertaa. Kuitenkin aina joko kempeleläiset tai oulunsalolaiset vastustivat hanketta. Vuonna 1899 Kempele määrättiin itsenäiseksi seurakunnaksi, mutta ero Limingasta toteutui vasta vuonna 1918. Tiilien valmistuksella on Kempeleessä vanhat perinteet, jotka ulottuvat aina 1600-luvulle saakka. Oulun kaupungin nopea teollistuminen 1800-luvun jälkipuoliskolla johti voimakkaaseen rakennustoimintaan. Tällöin ryhdyttiin polttamaan tiiliä kaupungin tarpeisiin ympäröivällä maaseudulla. Teolliseksi tiilien tuotanto muuttui Kempeleessä vuonna 1898, kun Kempeleen tiilitehdas perustettiin. Tehtaan toiminta keskittyi kesäkausiin. Keskimäärin tehdas työllisti 20–25 henkilöä, mutta parhaimpina aikoina saattoi tiilien valmistuksessa työskennellä 50–60 henkeä.[14] Tiilitehdas lopetti tuotantonsa vuonna 1952.[13]

1930-luvulla ehdotettiin jälleen kahden pienen seurakunnan, Kempeleen ja Oulunsalon yhdistämistä, mutta kempeleläiset vastustivat ja asia raukesi. Kun Oulujoen kunta lakkautettiin vuoden 1965 alussa, siitä liitettiin Kempeleeseen noin 6 km²:n alue ja sen mukana 64 henkeä. Alueliitos käsitti suurimmaksi osaksi Oulujoen kuntaan kuuluneen Juurussuon kylän.[15] Pääsääntöisesti Limingan kylänä pidetyn Tupoksen alueosat, jotka kuuluivat Kempeleeseen liitettiin Valtioneuvoston päätöksellä Liminkaan vuonna 1970.[15][16] Samana vuonna Oulun lääninhallitus ehdotti Kempeleen ja Oulunsalon kuntien yhdistämistä uudeksi kunnaksi. Kuitenkin molempien kuntien valtuustot vastustivat ehdotusta.[17] Kunnanvaltuustot kuitenkin suhtautuivat myönteisesti ottamalla Hailuodon kunnan mukaan yhteistoiminta-alueen muodostamiseen.[17]

Kempeleen väestö kasvoi 1900-luvun alusta 1960-luvulle 1 230:stä 2 700:aan. Sen jälkeen väestönkehitys kääntyi voimakkaaseen kasvuun, joka alkoi taittua vasta 1980-luvun alussa. Vuonna 1985 asukkaita oli 8 604. Väkiluvun kasvu on johtunut Oulun läheisyydestä, sillä sinne on matkaa keskustaajamasta noin 10 kilometriä. Kempeleen teollisuus oli pitkälle 1900-lukua vähäistä. Kempeleen tiilitehtaan toiminnan loppumisen jälkeen vuonna 1952 ei kunnassa juuri ollut teollisia työpaikkoja, ellei mukaan lasketa vähäistä pienteollisuutta. Uutta teollisuutta syntyi vasta 1960-luvulla. Kunnan huomattavin teollisuusyritys oli toimintansa vuonna 1969 aloittanut Oy Nokia Ab Pohjolan Kaapeli, joka toimii nykyään PKC Group nimellä. Muita huomattavia yrityksiä olivat vuonna 1973 aloittanut Kumi-Helenius Oy Kumitehdas, joka oli toinen kempeleläinen teollisuuslaitos, Lauri Kuokkanen Oy, Ouman Oy, Oulun puukaluste Oy, Kempeleen Elektrometalli, Temelex Oy sairaalakalustetehdas, Polar Electro Ky, Rakennuslaite Ky ja OU-SE Oy.[13]