Balatonszemes már az őskorban is lakott település volt. A mai temetőben található hatalmas halomsír a „Sipkadomb” vaskori eredetű, amelybe minden bizonnyal egy előkelő személy hamvait temették. Az őskorból származó régészeti leletek bizonyítják, hogy ezen a helyen kelták és rómaiak is éltek. A leleteket a Kaposvári Rippl-Rónai múzeum őrzi. A honfoglalást követően ugyancsak lakták. Erről tanúskodnak az 1980-as években és 2017-ben feltárt sírleletek.

A Dunától az Adria felé tartó főútvonal itt fordult el a Balaton partjától délnyugatnak, miután a Balaton vízállása a mainál jóval magasabb lévén a parti területeket víz borította. Ezt a kitüntetett főutat, mint jól védhető pontot a régi időktől fogva megerősített helyként figyelemmel kísérték, biztosították.

A Páduai Szent Antal rk. plébániatemplom az Árpád korban 1180 körül létesült. 1320-ban Raholczai Jakab, Lökös nevű fia újjáépíttette és gótikus hajóval bővíttette, majd 1517-ben Gergellaki Buzlai Mózes mai méretűre nagyobbíttatta a templomot.

1323-ban a Szemesi erdő Barátok dűlőjében épült a „Mindszent” pálos kolostor, amely a török hódoltság alatt súlyosan megrongálódott. A rend 1783 évi feloszlatását követően a kolostor romjai is elenyésztek. A helyszínen 2014-óta régészeti kutatás folyik, amelynek során értékes régészeti leleteket tártak fel.

A mai Bagolyvár villa helyén a középkorban Bolondvár néven földvár állt, amely a török időben a végvári erődítmények láncolatának részét képezte, s mint ilyen, hol a magyarok, hol a törökök kezére került, többször lerombolták, majd újra megerősítették. A Bolond várhoz flottakikötő is tartozott, amely a török sajkás naszádok kiinduló bázisa volt a magyar kézen lévő erősségek elleni támadásokhoz. A várat gyakran ostromolták és hosszabb rövidebb időre birtokba is vették a tihanyi, palotai és veszprémi magyar végvári vitézek.  Az egykori erősség, a Bolondvár helyén 1898-ban épült az első szemesi nyaraló, a Bagolyvár nevű romantikus villa, amelyet dr. Vajdits Alajos ezredorvos építtetett.

1733-tól Szemes hűbérurai a Hunyadyak voltak. A török időben lerombolt rk. templomot Hunyady Antal 1740-es években barokk stílusban helyreállíttatta. A Hunyady család birtokai igazgatására a XVIII. sz. második felében népi barokk stílusú udvarházat építtetett, ami egészen a 1948-as államosításig a család tulajdonában volt. Utolsóként kéthelyi Hunyady László gróf birtokolta a kastélyt. A továbbiakban a kastély a község általános iskolájaként működött.

1767-ben a Helytartótanács a Hunyadyak „Falu Szemesi” birtokán postai ló-váltó állomás felállítását rendelte el, amely eredetileg barokk istálló volt. A ló-váltó állomásnak is köszönhetően a falu a délipart jelentős településévé vált. A postaszolgálat kiterjedt a levél, csomag és utas-szállításra is. Az 1861-ben üzembe helyezett Déli Vasút átvette a postajáratok szerepét. A Hunyadyak által épített barokk postaépületben 1962 óta Posta múzeum működik. A múzeum udvarán egy bronz Hírközlési emlékmű áll, amely Európában egyedüliként állít emléket a szolgálatuk teljesítése közben elhunyt postai, távközlési- és műsorszórási dolgozóknak. Az alkotás Tischler Ferenc pécsi szobrászművész munkája.

XVIII. században épült uradalmi terménytároló magtár ma műemlék és időszakos kiállítások helyszíne.

Történelmi érdekesség, hogy a magyar szabadságharc ellen támadó Jellasics horvát bán 1848. szeptember 21-én a faluban állította fel főhadiszállását.  Itt kívánt találkozni István nádorral, aki a Kisfaludy gőzhajóval Szemes partjainál tervezett kikötni. A krónikások szerint a találkozó az alacsony vízállás miatt meghiúsult.

Az 1855. évi kolerajárvány áldozatainak emlékét a „Sipkadomb” tetején álló márványkereszt idézi.

A község lakossága hagyományosan mezőgazdasággal és halászattal foglalkozott. 1880-tól jelentek meg az első fürdővendégek, akik nyaranta szobákat béreltek a falusiaktól.

1897-ben a Déli-Vasút vonalán vasútállomás létesült, a korábbi forgalmi kitérő mellé, ami jelentősen megkönnyítette a település elérhetőségét.

A századfordulón kéthelyi Hunyady Imre gróf, majd fia József birtokaik jelentős részét kedvezményes áron parcelláztatták a felső és az alsó villatelep kialakításának céljára. Az első villát, a Bagolyvárat 1898-ban dr. Vajdits Alajos ezredorvos építtette.

A villa tulajdonosokból 1908-ban megalakult a Balatonszemesi Fürdőegyesület, ami szervezett keretet biztosított a sokasodó nyaralótábor kulturált együttélésének és a helyi lakosokkal való harmonikus kapcsolat kialakításának. 1912-ben a Faluszemes neve Balatonszemesre változott, a település fürdőhellyé vált.

1913-ban hajó kikötésre alkalmas móló épült. A korszerű hajózási lehetőség további családokat vonzott a homokfövenyes, bársonyos strandú településre. A kikötőt 1933-ban átépítették, a jacht kikötővel bővült mai formája a 2005-ös korszerűsítés során alakult ki.

Az Angyal patikát 1928-ban Fábri Ödön és felesége Csutak Edit gyógyszerészek építtették. Az építési munkákat Tanasits Ferenc végezte, a bútorzat premodern art deco stílusban készült, ami Pavelka István munkája.

1929-ben Dr Kiss Ödön és felesége bögözi Szabó Ilona orvosok az Árnyas fasoron magánkórházat építettek. Az épületegyüttes a 60-as évektől jelentős átépítéssel Vegyipari Szakszervezet Gyermeküdülője lett. A rendszerváltozás után újabb átépítéssel Szindbád szállodává alakították.

A Kistücsök étterem Balatonszemes emblematikus gasztronómiai helyszíne. Az épület a 19. században épült, Postakocsi Fogadó néven vált ismertté, majd az 1900-as évek közepén a Balatonszárszó és Vidéke ÁFÉSZ tulajdonába került. Jelenlegi vezetője és tulajdonosa Csapody Balázs, aki 1992 óta üzemelteti az éttermet, és akinek kiemelkedő szakmai munkássága eredményeként a Kistücsök az ország tíz legjobb éttermének egyike lett.

Az 1930-as években Hunyady telep néven a kikötőtől nyugatra eső területen is megkezdődött a telkek parcellázása. A terület parkjának helyén a szocializmus éveiben szovjet üdülőtábor alakult. Az Alsó villatelepen a parti sávban pedig a Minisztertanács fegyveres őrséggel védett üdülője működött. A közönség számára ezek a területek a rendszerváltást követően nyíltak meg.

Az I. és a II. Világháború is sok áldozatot szedett a fiatal szemesi férfiakból. A II. Világháború alatt néhány civil család származása okán vált a háború áldozatává. A front-közeli időszakban a falu teljes lakosságát kitelepítették.

1976 június 4-én a Szemeshez családilag kötődő Latinovits Zoltánt, a vasútállomás közelében érte a halál, az általa olyannyira tisztelt József Attilának a szomszédos Balatonszárszón bekövetkezett halálára tragikusan rímelő módon. Sírja a község temetőjében zarándokhellyé, síremléke helyi nevezetességgé vált. 1995-től minden évben megrendezik az országos Latinovits Zoltán Vers- és Prózamondó versenyt, ami a község életének jelentős kulturális eseménye.

A rendszerváltozás óta Balatonszemes üdülőhely törekszik visszanyerni a XX. század első felében kialakult polgári középosztályhoz kötődő családias hangulatát. Négy szabad strand és egy élményfürdő áll az üdülni vágyók rendelkezésére.

A község fejlesztéseiről: 1988 épült a gázhálózat, 1994 csatornarendszer kiépítés és telefonhálózat fejlesztése, 1998 állomástér átépítése és a Kisfaludy utcai pavilonsor kiépítése, 2004 élményfürdő, 2006 templom, hősi emlékmű kivilágítása, 2007 hajókikötőnek Hunyady József névadása

A rk. templom nevezetessége a hazánkban ritkaságnak számító – korábban pasztofóriumnak – szentségtartó fülkének – vélt XVI. századi reneszánsz stílusú kő falitábla. Pasztofórium jellegre utal a két szegély oszlopocska búzakalász díszítése, de lehetséges, hogy csak díszes falikép volt, melyen Buzlay Mózes a templom 1517- es újjáépítésének állított emléket. Az 1965-74 közötti felújításkor a falbontás során sem találtak szentségtartó fülkét, eszerint vagy egyáltalán nem, vagy ezen a helyen nem volt pasztofórium. A kutatás eredményeként a szentély déli falában feltárt kis román kőablakon át a napfény az oltárra vetül.

Az rk. templom jeles műalkotásai: Főoltáron a XVIII. századi Nádasdladányi szoborcsoport, az oldalfalakon a XVIII. századi Szent Antal festmény, 1942-ből Stefan Filipkievicz festőművész Czestochowai Fekete Madonna festménye, amely a háborús menekült lengyelek hálaajándéka, Feszty Masa Szent Filoména és Feszty Masa Szent Ilona festményei.

A falutól délnyugatra Rád-pusztán XIII. sz-i templom romjai állnak.