Phường Cam Nghĩa ngày nay được hình thành bắt nguồn từ 3 làng: Mỹ Ca, Hòa Do, Đồng Bà Thìn. Làng Mỹ Ca được hình thành từ những năm 30 của thế kỷ XX, một làng nhỏ ven biển, thường gọi là làng chài Mỹ Ca, trên bán đảo Cam Ranh, gần tu viện Mỹ Ca; ở thời kỳ này, muốn đến làng, phải đi từ Quốc lộ I rẽ vào gần một cây số, đi đò sang bán đảo Cam Ranh để đến làng. Còn tại ngã ba Mỹ Ca (hiện nay là địa bàn giáp ranh giữa các tổ dân phố Nghĩa Cam, Nghĩa Lộc, Hòa Thuận, Mỹ Ca), vào khoảng 17 - 18 giờ chiều không ai dám lui tới vùng này vì có rất nhiều cọp (hổ). Theo truyền thuyết dân gian, cả vùng bán đảo Cam Ranh mênh mông toàn cát trắng, nhưng trong lòng cát chứa đầy nước ngọt nên cây cối xanh tốt; nơi đây còn cả một rừng mai, cứ mỗi độ xuân về, hoa mai vàng nỡ rộ làm tươi đẹp cả một vùng, nên Nhân dân đặt tên làng là Mỹ Ca, đây cũng là ý nguyện của dân làng muốn cho Mỹ Ca luôn phát triển giàu đẹp và bền vững. Vùng Đồng Bà Thìn được khai phá vào những năm đầu thập niên 40 của thế kỷ XX, ông Hồ Thành ở Diên Khánh, một trong những người đầu tiên, đã đem gia đình vợ con, anh em dòng tộc nội, ngoại vào khai phá vùng Đồng Bà Thìn, mưu sinh bằng nghề chăn nuôi gia súc và khai thác trầm kỳ, than, củi, cung cấp cho Nha Trang.
Thời gian sau, dân cư ở vùng Đồng Bà Thìn tăng dần, nên hình thành thôn Hòa Đa (có khoảng độ 15 gia đình và hơn 30 nhân khẩu); theo con cháu của ông Hồ Thành kể lại, khi gia đình ông đến khai hoang vùng đất Đồng Bà Thìn, đã thấy có một cái miếu thờ rất đơn sơ, thỉnh thoảng có một số người dân đi đốt than, chặt củi đến đây để thắp hương. Gia đình ông Hồ Thành tu sửa lại miếu và hương khói thường xuyên. Làng Hòa Do được hình thành trước năm 1945, lúc đầu chỉ có 14 hộ dân từ Bình Định, Phú Yên đến ở để làm biển, dần dần tăng lên 32 hộ, rồi hình thành làng Hòa Do. Sau khi hình thành Nha đại lý hành chính Ba Ngòi các đơn vị hành chính cấp thôn, xã cũng phát triển mạnh, thôn Hòa Do cũng hình thành trong thời kỳ này, bởi vì các nơi tham gia khởi nghĩa giành chính quyền tại Cam Ranh ngày 22/8/1945 trong đó có Hòa Do.
Giữa năm 1939, Nghị định của Toàn quyền Đông Dương Catơru và Chỉ dụ số 17 của vua Bảo Đại năm thứ 15 tách một phần đất của Ninh Thuận, cùng với phần đất Cam Ranh được tách khỏi huyện Vĩnh Xương, lập một đơn vị hành chính tương đương cấp huyện trực thuộc tỉnh Khánh Hòa gọi là Nha đại lý hành chánh Ba Ngòi (thường gọi là Nha kiểm lý Ba Ngòi), Mỹ Ca, Hòa Do, Đồng Bà Thìn thuộc phần đất của Cam Ranh. Năm 1947, để chỉ đạo sát phong trào, chính quyền cách mạng chia địa bàn đồng bằng Cam Ranh làm 3 xã: Dân Sinh, Dân Tộc, Chiến Thắng; xã Chiến Thắng gồm các thôn Cam Linh, Trà Long, Khánh Cam, Cồn Ké, Hòa Do, Hòn Rồng, Suối Môn, Đồng Lác. Xã Dân Tộc gồm các thôn: Thạnh Xương, Cam Ranh, Bãi Chõi, Mỹ Ca, Thủy Triều, Bình Ba, Bình Hưng.
Ngày 25/10/1965, Chính phủ Việt Nam Cộng Hòa ký sắc lệnh số 206 thành lập thị xã Cam Ranh gồm một phần đất của quận Cam Lâm (các xã: Cam Ranh, Cam Bình, Cam Linh, Cam Phúc, Cam Lộc, Suối Hòa, Suối Vĩnh, Suối Hải) và phần đất đã nhập vào quận Du Long tháng 4/1960 (lúc này Đồng Bà Thìn, Hòa Do thuộc xã Cam Phúc; Mỹ Ca thuộc xã Cam Ranh). Nghị định số 1048-NĐ/NV ngày 07/11/1970, chia thị xã Cam Ranh thành 2 quận là quận Nam và quận Bắc. Quận Nam gồm các phường: Cam Phúc, Cam Bình, Cam Ranh, Cam Phú, Cam Lộc, Cam Sơn, Cam Thịnh (Hòa Do thuộc phường Cam Phúc; làng Mỹ Ca thuộc phường Cam Xuân trong bán đảo Cam Ranh).
Quận Bắc gồm các phường: Suối Hòa, Suối Vĩnh, Suối Hải, Suối Cam (Đồng Bà Thìn thuộc phường Suối Cam); năm 1972, chính quyền Sài Gòn cho phép thành lập khóm Nghĩa Cam thuộc phường Suối Cam. Sau ngày miền Nam hoàn toàn giải phóng, tháng 10/1975, điều chỉnh địa giới hành chính một số phường để thành lập 04 xã: Cam An, Cam Thành, Cam Nghĩa và Cam Phúc; xã Cam Nghĩa chính thức được thành lập gồm 7 thôn: Nghĩa Phú, Nghĩa Quý, Nghĩa Cam, Mỹ Ca (trong bán đảo Cam Ranh), Hòa Thuận, Hòa Phước, Hòa Bình.
Ngày 07/7/2000, Chính phủ ra Nghị định số 21/2000/NĐ-CP thành lập thị xã Cam Ranh, Cam Nghĩa trở thành một phường của thị xã Cam Ranh gồm 7 khóm: Bình Phước, Hòa Thuận, Mỹ Ca, Nghĩa Cam Đông, Nghĩa Cam Tây, Nghĩa Phú, Nghĩa Quý. Ngày 11/4/2007, Chính phủ ra Nghị định số 65/2007/NĐ-CP, về điều chỉnh địa giới hành chính để thành lập huyện Cam Lâm và thị xã Cam Ranh, Cam Nghĩa là một phường của thị xã Cam Ranh gồm 11 tổ dân phố: Nghĩa An, Nghĩa Bình, Nghĩa Quý, Nghĩa Phú, Nghĩa Lộc, Nghĩa Cam, Hòa Thuận, Mỹ Ca, Hòa Tiến, Hòa Bình, Hòa Phước. Ngày 23/12/2010, Chính phủ ban hành Nghị quyết số 65/NQ-CP về việc thành lập thành phố Cam Ranh trực thuộc tỉnh Khánh Hòa, Cam Nghĩa là một trong những phường nội thành, có điều kiện và thời cơ mới để phát huy tiềm năng, thế mạnh, xây dựng Cam Nghĩa ngày càng giàu đẹp, văn minh.
Theo sách lịch sử phường Cam Nghĩa