Kalifornian viinien nykyisen suosion ja laadun vuoksi on vaikea kuvitella, että ne eivät ole olleet ikuisesti. Isä Junipero Serra, fransiskaaninen lähetyssaarnaaja, istutti Kalifornian ensimmäiset viinitarhat Mission San Diegoon noin vuonna 1769. Näiden alkuperäisten viiniköynnösten tuottamat mustankuoriset rypäleet on nimetty asianmukaisesti Mission-rypäleiksi. Viinitarhoja istutettiin myöhemmin muihin Kalifornian lähetystöihin, joissa tuotettuja viinejä käytettiin sekä sakramenttiin että jokapäiväisiin tarkoituksiin. 1800 -luvun lopulle asti Mission -rypäle oli tärkeä Kalifornian viinien valmistuksessa.
Kuitenkin vuonna 1833 ranskalaiset Jean-Louis Vignes istuttivat tuontiviinalaisia. Vignesia seurasi unkarilainen Agoston Harazsthy, joka esitteli noin 300 rypälelajiketta eurooppalaisista viiniköynnöksistä. Koska Harazsthy perusti Sonoman laaksoon Kalifornian ensimmäisen viinitilan Buena Vista Wineryn, hänet tunnetaan Kalifornian viiniteollisuuden perustajana. 1800-luvun puolivälissä kultakuume toi mukanaan etsijöitä, mikä puolestaan lisäsi rypäleiden istutuksia pysyäkseen Kalifornian viinin kasvavan kysynnän mukana.
Ajan myötä Kalifornian viiniteollisuus kohtasi kaksi suurta uhkaa. 1890 -luvulla monet tuodut eurooppalaiset viiniköynnökset tuhoutuivat tuhoisan tuholaisen, phylloxeran, vuoksi. Sitten 1920 -luvulla ja 1930 -luvun alussa kielto uhkasi myös Kalifornian viiniteollisuutta. Kiellon kumoamisen jälkeen Kalifornian viinimarkkinat onnistuivat hitaasti elvyttämään itsensä. Se ei ollut helppo tehtävä; viinitilat olivat sulkeneet, laitteet olivat huonossa kunnossa ja kiellon aikana kasvatetut rypäleet eivät olleet laadukkaita.
1960 -luvulla suurin osa Kalifornian viineistä valmistettiin Thompsonin siemenettömistä tai Carignan -rypäleistä. Uuden teknologian kehittyessä alueelle perustettiin useita laadukkaita viinitiloja. Ensimmäinen kansainvälinen suosio Kalifornian viinitiloille syntyi osallistumisesta Pariisin maistelutapahtumaan vuonna 1976. Sokean makuisen tuomarityypin vuoksi koko maailma, erityisesti ranskalaiset tuomarit, olivat melko järkyttyneitä, kun kaksi Napan laakson viiniä löi ranskalaisia vastineita.
Viinit valmistetaan Kalifornian neljällä pääalueella, joista suurin on Keski -laakso, noin 300 km pitkä. se on myös huipputuotantoalue. San Franciscon lahden pohjoispuolella sijaitseva pohjoisrannikon alue sisältää tutun Napan laakson ja Sonoman piirikunnan. Napan laakson ensimmäinen kaupallinen viinitila on St. Helena. Chardonnay on hallitseva viini Kaliforniassa.