A origem dos municípios de Carapebus e Quissamã encontra-se ligada à de Macaé, município ao qual pertenciam como sedes distritais.
O início da colonização da área que corresponde atualmente a Carapebus ocorreu em 1627, quando a Coroa Portuguesa concedeu aos Sete Capitães, militares portugueses que lutaram na expulsão dos franceses da Baía de Guanabara, as terras entre o Rio Macaé e o Cabo de São Tomé, que incluíam Carapebus.
A ocupação da área remonta à primeira metade do século XVII, tendo o núcleo inicial de Macaé progredido apoiado na economia canavieira, em torno da antiga Fazenda dos Jesuítas de Macaé, constituída de engenho, colégio e capela situada no Morro de Santana.
Já na segunda metade do século XVIII, 20% das terras de Carapebus pertenciam, através de sesmarias, ao capitão Francisco José, que explorava as culturas de feijão e mandioca e gado, além de arrendar grande parte da área. No final do século XVIII parte das terras são vendidas, constituindo-se a Fazenda de São Domingos.
Crescia vertiginosamente a cultura de cana-de-açúcar na região, sendo essa fazenda uma das mais prósperas do Norte Fluminense no início do século XIX. Outras importantes atividades econômicas da região foram a agropecuária e a pesca, que ainda hoje sustentam diversas famílias no município.
O desenvolvimento da localidade de Macaé motivou sua elevação à categoria de vila em 1813, sob o nome de São João de Macaé, cujo território foi desmembrado dos municípios de Cabo Frio e Campos. No período colonial, a vila evoluiu rapidamente, favorecida pela posição geográfica de maior acessibilidade ao Norte Fluminense, passando à categoria de cidade em 1846.
O alicerce da economia de Macaé foi, por muitos anos, o cultivo da cana-de-açúcar, que respondeu por um crescimento demográfico expressivo nos séculos XVIII e XIX. O município chegou a desempenhar o papel de porta de entrada e saída do Norte Fluminense, favorecido pela ligação com Campos dos Goytacazes, através da construção do canal Macaé-Campos e da implantação da ferrovia ligando estas duas sedes municipais.
A Usina de Carapebus foi fundada nos idos de 1927, época em que ainda existiam nesta região muitas outras usinas de açúcar, sendo a primeira fonte de renda e de emprego do então terceiro distrito de Macaé.

Distrito criado com a denominação de Carapebus, pela Lei Provincial n.º 272, de 09-05-1842, subordinado ao município de Macaé.
O Distrito de Carapebus teve confirmada sua criação pelos Decretos n.º s 1, de 08-05-1892 e 1-A, de 03-06-1892.
Em divisão administrativa referente ao ano de 1911, o distrito de Carapebus figura no município de Macaé.
Assim permanecendo em divisões territoriais datadas de 31-XII-1936 e 31-XII-1937.
Macaé.
Em divisão territorial datada de 01-VII-1960, o distrito de Carapebus permanece no município de Macaé.
Assim permanecendo em divisão territorial datada de 1991.
Elevado a categoria de município com a denominação de Carapebus, pela Lei Estadual n.º 2.417, de 19-07-1995, desmembrado de Macaé. Sede no antigo distrito de Carapebus. Constituído de distrito sede. Instalado em 01-01-1997.
Em divisão territorial datada de 1999, o município é constituído do distrito sede.
Assim permanecendo em divisão territorial datada de 2019.