La côte de Cap-Rouge aurait été ouverte vers 1815 afin de remplacer une côte beaucoup plus abrupte tracée un peu plus haut sur le cap. Des habitations y sont construites au 19e siècle pour loger les familles des travailleurs engagés par les commerçants de bois de l'anse du Cap-Rouge.

Le quartier du Cap-Rouge, qui fait partie de l'arrondissement de Sainte-Foy–Sillery–Cap-Rouge, englobe tout le territoire de l'ancienne ville de Cap-Rouge et les secteurs de l'ancienne ville de Sainte-Foy situés au sud de l'autoroute Félix-Leclerc. Il est borné à l'ouest par la ville de Saint-Augustin-de-Desmaures et à l'est par l'autoroute Duplessis.

Le nom Cap-Rouge, mentionné dès 1637, fait référence au cap de rochers rouges schisteux qui domine une partie du quartier et de la vallée de la rivière du Cap Rouge. C'est d'ailleurs sur le cap et à l'embouchure de la rivière que Jacques Cartier et François de La Rocque de Roberval, en 1541 et 1542 respectivement, tentent d'implanter une colonie dénommée Charlesbourg-Royal puis France-Roy. Des tensions avec les Autochtones et l'extrême rigueur des conditions de vie ont tôt fait de chasser les Européens. Il s'écoulera près d'un siècle avant que des colons français reviennent s'installer à cet endroit. La colonisation s'accélère avec la concession des seigneuries de Cap-Rouge (1647) et de Gaudarville (1652). L'agriculture et l'exploitation forestière, puis, vers 1850, le commerce du bois avec l'Angleterre et un petit chantier de construction navale sont à la base de l'économie locale. De 1860 à 1892, une importante manufacture de poteries emploie de nombreux travailleurs. Entre-temps, en 1862, la paroisse de Saint-Félix-du-Cap-Rouge est érigée. Son nom rend hommage à Charles-Félix Cazeau (1807-1881), alors vicaire général du diocèse de Québec. En 1872, la municipalité voit le jour sous le même vocable. Au début du 20e siècle, après le déclin des activités industrielles, Cap-Rouge se tourne vers la villégiature, favorisée par le développement des plages Jacques-Cartier et Saint-Laurent en bordure du fleuve. Les années 1970 coïncident avec une forte croissance démographique et le lotissement accéléré des propriétés agricoles. Cap-Rouge, désormais essentiellement résidentielle, obtient le statut de ville en 1983. Intégrée en 2002 à la nouvelle ville de Québec, elle en devient un quartier en 2004.

Pour que la population puisse avoir accès au fleuve Saint-Laurent, la Municipalité de Cap-Rouge achète, en 1972, un terrain sur la rive, à l'est de l'embouchure de la rivière du Cap Rouge. Six ans plus tard, avec la création d'une école de voile, la gestion du site est confiée à l'Association du parc nautique du Cap-Rouge. En 1981, le site s'agrandit d'une bande de terrain du côté ouest de la rivière en prévision de l'aménagement d'un parc nautique. Au cours des années suivantes, on met en place les infrastructures nécessaires, dont une capitainerie logeant l'école de voile, un centre d'interprétation, une place publique et une jetée. En 1986, l'Association cède les installations du parc Nautique à la Ville de Cap-Rouge, qui fait aujourd'hui partie de la ville de Québec.

Ancien toponyme
Le parc nautique de Cap-Rouge portait auparavant le nom de parc Nautique, adopté en 1986.