La Prehistoria de San Fernando está ampliamente estudiada, especialmente a partir de los trabajos del profesor de la UCA Don José Ramos y de Antonio Saez, Vicedirector del museo histórico municipal. Las evidencias se remontan al Neolítico (VI-IV A.C) constatándose cerca de diez yacimientos que sugieren una población distribuida en pequeños grupos, probablemente estacionales, con una economía recolectora basada en la pesca y el marisqueo. Estas carácteristicas se mantienen en líneas generales hasta llegar al II milenio a.c.

 Un gran auge se aprecia en la época fenicio-púnica, datada en San Fernando desde el siglo VI a.c  Los restos hallados evidencian la existencia del mítico templo de Melkart, no encontrado, y la producción alfarera vinculada a la vecina Gadir. En la actualidad San Fernando cuenta con el mayor conjunto de hornos alfareros púnicos puestos en valor del mundo.  

San Fernando en tiempos de Roma no tenía una categoría jurídica o administrativa específica, siendo relacionada con Ad Pontem, (poblamiento en torno al actual puente Suazo), y Ad Herculem, (derivado del santuario dedicado a Hércules Gaditanus, en el islote de Sancti Petri). La zona, utilizada inicialmente por los habitantes de la Gades de época republicana como residencial, se convirtió en el segundo poblamiento más intenso de la Bahía, con un marcado carácter de zona industrial.

De la Edad Media con presencia musulmana destaca la parquedad de datos, debiéndose llegar hasta los siglos XI y XII para hallar restos de cierta magnitud que sugieren un hábitat disperso, centrado en la explotación pesquera y agropecuaria. En este contexto se sitúan los silos excavados en el yacimiento del Sector III de Camposoto. Respecto a la época medieval cristiana, se caracteriza en primer lugar por el castillo del Logar de la Puente (en la actualidad de San Romualdo), construido hacia mediados del siglo XIII tras la conquista de la zona por Alfonso X. El castillo se encuentra en avanzada fase de rehabilitación integral. En segundo lugar, aparece el sector nobiliario vinculado al territorio, destacando los Suazo, que dieron nombre al puente, y los Ponce de León, que hicieron lo propio con la isla que adquiere su denominación tradicional: Isla de León.

 Pero es en la Edad Moderna, tras el descubrimiento de América, cuando la Isla de León comienza a labrarse una identidad propia. Aunque con una evolución lenta, su futuro comienza a estar vinculado a las Indias. Las flotas invernan en la Bahía y realizan tareas de mantenimiento en los caños y esteros próximos al Puente de Suazo.                

En pocas décadas se observa un cierto poblamiento, aunque disperso, en las proximidades del Camino Real. Se trata, por lo general, de burgueses gaditanos vinculados al comercio atlántico que tienen en la Isla su vivienda de recreo. En la orilla de tierra firme del caño de Sancti Petri surge un astillero formal: El Real Carenero, núcleo organizado de instalaciones de construcción y mantenimiento naval, destinadas con prioridad a las embarcaciones que navegan por las rutas indianas. 

El gran impulso se vivirá, no obstante, a principios del siglo XVIII cuando un ilustrado precoz, José Patiño, concibe la necesidad de construir el primer Arsenal moderno de España en la Carraca. Una verdadera "ciudad Industrial Ilustrada" comienza a tomar cuerpo de manera decidida y, como siempre, vinculada a la Armada y al mantenimiento de las rutas oceánicas.

 En la segunda mitad del siglo, cuando la Villa de la Real Isla de León ya tenía ayuntamiento por Real Cédula de Carlos III, se convierte en sede del Departamento Marítimo del Estrecho y de la Capitanía General de la Armada, y se levanta la Población de San Carlos, es decir, una "Ciudad Militar Ilustrada". Para entonces, la "Ciudad Civil Ilustrada" ya había comenzado a tomar cuerpo en forma de damero a partir del Camino Real.

La construcción de edificios como el Real Observatorio de la Armada a fines del Siglo Ilustrado, con su importantísima carga cultural y científica, simboliza la culminación del proyecto ilustrado. En nuestros días el Observatorio mantiene en su plenitud la actividad científica, colaborando con las más prestigiosas Universidades, participando del seguimiento de satélites, conservando una magnífica biblioteca y un extraordinario conjunto de instrumento náuticos y astronómicos... y midiendo la hora oficial de España.