Cauville tire son nom du latin « Cavelvilla ». Ce terme associe un nom d’homme germanique (« Kalf ») au mot latin « villa » (domaine) de manière à signifier « le domaine de Kalf ». Sur le domaine cauvillais ont été retrouvés des vestiges datant de l’Antiquité, notamment une sépulture gallo-romaine.
Le blason de la commune présente dans sa partie inférieure trois épis de blé tigés et feuillés d’or sur fond rouge. Au dessus, deux mouettes s’envolent sur un fond bleu chargé de trois étoiles d’or.
Cauville trouve sa première mention au XIème siècle mais le village tel qu’il est constitué aujourd’hui date de 1824, année où la commune a absorbé les hameaux de Buglise et Rimbertot. Cauville possède alors deux églises. La première – située sur les terres de Buglise – est dédiée à saint Pierre. Construite entre le XIIIème et le XVIème siècle, l’église ne possède plus qu’un chevet du XIIIème siècle et une nef du XVème siècle, le reste de l’église est tout à fait moderne.
La seconde église est la plus importante de la commune : sous le vocable de saint Nicolas, elle trouve son origine au XIèmesiècle et se transforme jusqu’au XIXème siècle. Elle a toutefois conservé son clocher de l’époque romane, robuste et massif, qui s’élève aujourd’hui en façade alors qu’il se tenait jadis à la croisée des transepts. Le clocher carré, bâti en silex, présentait autrefois une ouverture en plein cintre sur chaque façade qui devait servir à donner de la lumière dans l’église. Elles ont été bouchées, certainement quand l’église a été remaniée. Il est doté d’une pittoresque tourelle logée dans un épais contrefort qui permet de monter à l’étage. L’édifice renferme un saint Nicolas de bois polychrome du XVIème siècle.
A partir du XIème siècle, le village est situé sur les terres de l’Exemption, appliquée à la suite de la charte décidée par Robert le Magnifique. Elle donne des droits à l’abbaye sur l’ensemble des paroisses autour de Montivilliers, dont Cauville. À partir du XVème siècle, il est successivement sous la domination des familles Ercambourg puis Cauquigny. Les Ercambourg possèdent une ferme-manoir toujours existante. Avec ses pierres blanches, ses silex noirs, ses pans de bois et son chaume, cette bâtisse du XVIème siècle est typique du Pays de Caux et comporte toujours des portes en plein-cintre. En ces temps, la vie des paysans est difficile : ils payent notamment l’impopulaire gabelle – impôt sur le sel – et travaillent durement aux champs et sur le littoral. Ils y ramassent en effet les algues afin de les intégrer à la terre des champs pour les fertiliser. On sait aussi qu’en ces temps médiévaux, la lèpre a touché la population de Cauville qui installa sur le territoire de Buglise une léproserie dont on ne connaît malheureusement pas la localisation.
Après le Moyen-Age, au XVIème siècle, un maître de navire havrais, David Grenier, rachète le fief de Cauville et s’installe dans le château de la commune qui restera dans la famille jusqu’en 1821. Ce château – de la fin du règne de Henri IV – est toujours présent dans le centre de Cauville, bien qu’il ne subsiste que le rez-de-chaussée du XVIIème siècle dont les murs sont en silex noir et les encadrements des fenêtres en pierre blanche. Il est accompagné d’un monumental colombier cylindrique en pierre et silex formant de magnifiques motifs géométriques. Au dessus de sa porte gothique aux accolades et pinacles sont sculptées les armoiries des Grenier de Cauville. On suppose qu’il devait accueillir jusqu’à 800 pigeons.
Le village comporte également un manoir dit « du fief de Marfauville » ou « de Rimbertot » en référence au territoire sur lequel il se situe. Contemporaine du château de Cauville, cette maison de maître a un style cauchois traditionnel : silex et pierres blanches sont utilisées au rez-de-chaussée alors que les pans de bois sont privilégiés à l’étage. Cette demeure appartenait à une famille importante de la région, les Hay de Marfauville qui possèdent six fermes dans les communes voisines.
Au XIXème siècle, la commune voit l’établissement d’une école et la construction d’un presbytère qui deviendra par la suite la mairie du village.
Le village, en décroissance jusque dans les années 1970, a vu sa population doubler en 20 ans – de 1970 à 1990 du fait de la périurbanisation.