Miasto założył rzymski wódz Pompejusz (106–48 p.n.e.) zimą 75/74 r. p.n.e., w czasie wojny z Sertoriuszem, stąd łacińska nazwa Pompaelo. W średniowieczu była stolicą Królestwa Nawarry, które przez stulecia lawirowało między Kastylią, Aragonią a Francją, aż w 1512 r. zajęła je Kastylia.

W 778 r. pod Pampeluną stanął Karol Wielki (747/748–814), król Franków, a od 800 r. cesarz, który zjednoczył pod swoją władzą większość zachodniej Europy. Szedł na Saragossę, wezwany przez zbuntowanych muzułmańskich namiestników, ale miasta nie zdobył. Wracając, kazał zburzyć mury Pampeluny, a Waskonowie zemścili się w przełęczy Roncesvalles: rozbili tylną straż jego wojska, w której zginął Roland, prefekt marchii bretońskiej. Ta jedyna wielka porażka Karola dała początek „Pieśni o Rolandzie”, najstarszemu wielkiemu poematowi francuskiemu i wzorowi rycerskiej legendy w całej Europie.

W maju 1521 r., gdy wojska francusko-nawarryjskie szturmowały zamek w Pampelunie, kula armatnia strzaskała nogę jednemu z obrońców, baskijskiemu szlachcicowi Iñigo z Loyoli (1491–1556). W czasie długiej rekonwalescencji czytał żywoty świętych i postanowił zmienić życie. Jako Ignacy Loyola założył zakon jezuitów, zatwierdzony przez papieża w 1540 r., który zbudował sieć szkół i misji od Ameryki po Japonię.

Pamplonę rozsławił Ernest Hemingway (1899–1961), późniejszy noblista, który przyjeżdżał tu od 1923 r., powieścią „Słońce też wschodzi”, opisując Sanfermines, lipcowe święto z poranną gonitwą byków ulicami starego miasta. Renesansowa cytadela, wznoszona od 1571 r. z rozkazu Filipa II, i bastionowe mury należą do najlepiej zachowanych fortyfikacji tego typu w Hiszpanii.