CS Marítimo zaczynał jako klub dokerów i marynarzy. Według dostępnych źródeł powstał 20 września 1910 roku w Funchal z inicjatywy Cândido Fernandesa de Gouveii jako Club Português de Sport Marítimo. Został utworzony m.in. po to, by mierzyć się z drużynami marynarzy zawijających do portu na Maderze, a w mieście, gdzie wpływ Anglików był bardzo silny, przeciwstawiał się dawnym rywalom o charakterze arystokratycznym. Robotnicze korzenie i portugalska tożsamość pozostają do dziś istotną częścią wizerunku klubu.
Najstarsze trofeum klubu pochodzi z czasów, gdy nie istniała jeszcze liga ogólnokrajowa. W 1926 roku Marítimo wygrał Campeonato de Portugal, czyli pierwszą ogólnokrajową rywalizację w formule pucharowej, do której zapraszano zwycięzców regionalnych lig. Na jakiś czas był więc najlepszą drużyną Portugalii. W składzie występował wówczas jeden z pierwszych portugalskich napastników najwyższej klasy, Artur de Sousa, znany jako Pinga. Kluby z wysp zaczęły potem grać w Taça de Portugal od sezonu 1938/39, a po wojnie dystans do kontynentu bardzo utrudniał rywalizację. Do najwyższej klasy rozgrywkowej Marítimo awansował po raz pierwszy w sezonie 1977/78.
Przełom przyniosły lata dziewięćdziesiąte, gdy w 1990 roku trenerem został młody Brazylijczyk Paulo Autuori. W sezonie 1992/93 klub jako pierwszy zespół z Madery zakwalifikował się do rozgrywek UEFA. Debiut w Pucharze UEFA nastąpił 15 września 1993 roku w Antwerpii, gdzie zespół przegrał 0:2. Jeszcze większym wydarzeniem był sezon 1994/95: Marítimo po raz pierwszy w historii dotarł do finału Pucharu Portugalii, wyeliminował w półfinale FC Porto 1:0, a 10 czerwca 1995 roku na stadionie Jamor przegrał finał ze Sportingiem 0:2. W tym samym sezonie w Pucharze UEFA zmierzył się z Juventusem, który wygrał dwumecz 3:1, a wszystkie trzy gole dla Włochów strzelił Fabrizio Ravanelli.
W kolejnych latach klub dziewięciokrotnie występował w Pucharze UEFA lub Lidze Europy. Na dawnym stadionie Barreiros gościł między innymi Juventus, Leeds United, Newcastle United, Valencię i Rangers. Odległość dzieląca Maderę od kontynentu sprawiała, że przyjazd do Funchal nawet dla wielkich zespołów bywał męczącym doświadczeniem. W sumie Marítimo spędził 43 sezony w najwyższej klasie rozgrywkowej, co daje mu miejsce w pierwszej dziesiątce w wiecznej tabeli, dwukrotnie był finalistą Pucharu Portugalii i dwukrotnie finalistą Pucharu Ligi.
Sercem klubu pozostaje stadion Barreiros, otwarty 26 czerwca 1927 roku. Przez wiele lat dzielił go z CD Nacional, a według przewodników bywał domem dla wszystkich trzech funchalskich klubów. Po gruntownej przebudowie w 2016 roku obiekt otrzymał nazwę Estádio do Marítimo, jednak jego historyczna nazwa wciąż żyje wśród kibiców. Gospodarze zwykle grają przy niemal pełnych trybunach, bo kibiców gości jest niewielu. Wyjątkiem jest Dérbi da Madeira z Nacionalem, założonym w tym samym 1910 roku, które pozostaje najgorętszym wydarzeniem sezonu na wyspie.
Zielono-czerwone barwy, oficjalne od początku istnienia klubu, nadały mu przydomek Os Verde-Rubros, a o jego pozycji w regionie świadczy nazwa O Maior das Ilhas (Największy z Wysp). W sezonie 2025/26 zespół wygrał Liga Portugal 2 i zakończył rozgrywki na pierwszym miejscu, co potwierdza jego zdolność do powrotów. CS Marítimo pozostaje klubem, który od ponad wieku reprezentuje Maderę na piłkarskiej mapie Portugalii i Europy.