Le toponyme Ambérieux proviendrait du latin ambariacus, nom ethnique porté par des hommes de la cité des Ambarres. Ces derniers constituent l'un des six peuples gaulois occupant la région de la Gaule envahie par les troupes de Jules César en 58 avant notre ère. Au 6e siècle, les rois burgondes possédaient de vastes propriétés territoriales à Ambérieux-en-Dombes. L'historiographie moderne s'entend pour admettre que c'est à Ambérieux-en-Dombes que Gondebaud, en 501 ou 502, promulgue deux titres de la loi Gombette. Ces textes constituent une synthèse juridique entre le code burgonde et les lois romaines, et contribue à l’unification des populations présentes sur le territoire : autorisation des mariages mixtes, service de l’armée pour tous, régularisation du partage des terres… Ambérieux, toutes ses dépendances et ses habitants sont donnés à l'Abbaye de Cluny en 934 par Hugues et son fils Lothaire, donation confirmée par le pape Léon VII en 936. Mais Maieul de Cluny cède les revenus d'Ambérieux en 973 à un gentilhomme, Hugues (qui pourrait appartenir à la famille de Villars). De fait, Ambérieux est mentionné dans le terrier de la seigneurie de Villars à partir de 1032.

Propriété très ancienne des sires de Thoire-Villars, Ambérieux est au Moyen Age le siège d'une châtellenie et une importante place forte, mais également une petite ville bénéficiant de privilèges attribués au début du 14e siècle et plusieurs fois confirmés au 15e siècle. Elle tire ses revenus d'un péage commercial et d'une foire annuelle. En 1402, Humbert VII de Thoire-Villars cède la châtellenie d'Ambérieux à Louis II de Bourbon, sire de Beaujeu, dans le cadre de l'expansion territoriale du Beaujolais à part d'Empire (sur la rive gauche de la Saône). Le 15e siècle est marqué par la guerre opposant les Bourbon au duc de Savoie. La prise et le saccage d'Ambérieux en 1408 par Amé de Viry pour le compte du duc de Savoie fait l'objet d'une enquête du roi de France Charles VI en 1412. Le différend se résout par un accord signé en 1441 au profit des sires de Bourbon qui restent en possession d'Ambérieux, malgré un nouvel assaut infructueux en 1460. Par la suite, Ambérieux perd toute importance militaire à l'époque moderne mais reste prospère grâce à ses foires. Le domaine d'Ambérieux comprend également 10 étangs et une forêt au 16e siècle. Les Bourbon-Montpensier restent souverains de Dombes jusqu’en 1681, puis le domaine passe en nue-propriété au duc du Maine, fils naturel de Louis XIV et de Madame de Montespan. C’est son second fils, Louis Charles, qui accepte le rattachement définitif de la Dombes au royaume de France, par voie d’un échange, le 19 mars 1762. À la fin du 18e siècle, la commune d'Ambérieux est décrite comme une "bonne paroisse dont le bourg est composé de 24 maisons", mais "aucune bourgeoisie ne vit dans la paroisse". Le bourg est concentré autour du château (ruiné) et de l'église construite à l'intérieur de son enceinte. Au 19e siècle, le bourg se développe à l'extérieur de l'enceinte, en direction du sud, avec l'ouverture de la route de Saint-Jean-de-Thurigneux.