Fue fundado el 23 de enero de 1957 con el nombre de «Club Deportivo San Fernando» luego de la fusión de dos clubes de la ciudad: Unión Comercial y Tomás Lawrence. De forma posterior, se integraron jugadores de Estrella de Nacimiento, para poder unificar un equipo para representar a San Fernando en el fútbol profesional. Debutó ese mismo año en la segunda categoría profesional chilena.^[2]​ El 13 de marzo de 1960, cambió su nombre a «Club de Deportes Colchagua», para representar así a toda la provincia.^[2]​

Luego de pasar varias temporadas en aquel campeonato, con un rendimiento irregular y una compleja situación económica, Colchagua vuelve a su asociación de origen el año 1973. Cuatro años después re-postula y vuelve a participar en la Segunda División.

En el año 1982 logró llegar a la final del Campeonato de Apertura de Segunda División, siendo derrotado por Everton. Al año siguiente, el club desciende a Tercera División.

En 1987, luego de golear por 4 goles a 1 en el partido definitorio a Juventud Ferro de Chimbarongo (jugado en Rengo), el equipo colchaguino dirigido técnicamente por José González V., consigue su primer título obteniendo además el regreso a la segunda categoría del fútbol nacional. .

En 1994, el club clasifica a la Liguilla de promoción, pero no logra derrotar a Coquimbo Unido, por lo que no consigue el ascenso y se mantiene en Segunda para la próxima temporada. El 12 de mayo de 1995 cambió su denominación a «Colchagua Club de Deportes»,^[2]​ y en la Primera B 1996 (primer torneo de Segunda División llamado "Primera B"), y luego de una muy mala campaña, Colchagua desciende nuevamente a Tercera División.

De la mano del entrenador Gerardo Silva, Colchagua logra ganar el Campeonato Oficial de 1998, y subir de categoría, pero solo por un año, ya que en la siguiente temporada en Primera B el club ocupa la última posición, y regresa nuevamente a Tercera.

En 2007 llega a la final del campeonato junto a San Marcos de Arica, siendo este último el ganador de aquella definición. En el partido de ida, jugado en Arica, ganó el local por 2-1. El partido de vuelta, jugado en San Fernando, fue un empate 1-1, resultado que envió a los ariqueños a Primera B.Tras esto el equipo solo fue protagonista el año siguiente y de ahí hasta 6 años más tarde.

Con Raúl González en la banca, Colchagua CD realizó una gran campaña en el torneo de Tercera A 2014, y se coronó campeón de la categoría por tercera vez en su historia, subiendo así al fútbol profesional (en este caso a la Segunda División Profesional), luego de 15 años consecutivos en el balompié amateur.^[3]​^[4]​

Tras la gran temporada en el torneo de Tercera A 2014, Colchagua disputaría la Segunda División Profesional 2015-16. Sin embargo, Colchagua hace una pésima campaña, quedando en el penúltimo puesto, detrás de Lota Schwager y arriba de Deportes Linares, teniendo que disputar la Liguilla del Descenso. En esta instancia, Colchagua se salva por 2 puntos ante Municipal Mejillones, que descendió. En la Segunda División 2016-17, disputaría la Zona Sur de la Fase Zonal, quedando tercero, por detrás de Deportes Santa Cruz y Naval. Ya en la Fase Nacional, quedarían sextos, estando detrás de Naval y arriba de Deportes Pintana. En el Trancisión 2017, Colchagua queda séptimo, detrás de Malleco Unido y arriba de Deportes Melipilla. En la temporada 2018, Colchagua clasifica a la Liguilla de Ascenso, pero quedan últimos, por detrás de Deportes Iberia. En la temporada 2019, Colchagua clasifica nuevamente a la Liguilla de Ascenso, quedando segundo en la primera fase, solo detrás de San Marcos de Arica. Ya en la Liguila, Colchagua queda a un punto de ascender, siendo superados nuevamente por San Marcos, quien ascendió a Primera B. En la temporada 2020, Colchagua queda quinto, siendo superados por General Velásquez y arriba de San Antonio Unido. Lamentablemente, en la temporada 2021, Colchagua haría 18 puntos, quedando colista y descendiendo nuevamente a la Tercera División, junto a Deportes Colina, quien quedó penúltimo.

Tras el descenso a Tercera División A, Colchagua disputó la temporada 2022 de la misma. En esta, disputó la Zona Sur, salvándose del descenso ante Lota Schwager, por diferencia de gol (quedaron con 15 puntos, ganaron 3 partidos, empataron 6 y perdieron 5). En la temporada temporada 2023, Colchagua queda puntero de la Zona Sur, lo cual lo llevó a disputar el Octogonal final, quedando sexto, detrás de Unión Compañías y arriba de Provincial Ranco. En la temporada 2024, Colchagua quedó cuarto, detrás de Deportes Colina y arriba de Chimbarongo FC. Actualmente, Colchagua está disputando la temporada 2025 de la Tercera División A.

• Uniforme titular: Camiseta blanca, pantalón blanco y medias blancas.
• Uniforme alternativo: Camiseta azul, pantalón azul y medias negras.

• Temporadas en Primera B: 34 (1957-1973, 1977-1983, 1988-1996, 1999)
• Temporadas en Segunda División: 6 (2015/16-2021)
• Temporadas en Tercera División: 25 (1984-1987, 1997-1998, 2000-2014, 2022-)
• Mayor goleada conseguida:
  • En Primera B: 6-0 a Deportes Temuco, en 1964
  • En Primera B: 6-0 a Audax Italiano, en 1994
  • En Tercera División: 13-1 a Luis Matte Larraín, en 2007
• Mayor goleada recibida:
  • En Primera B: 1-8 de Huachipato, en 1966
  • En Tercera División: 1-8 de Deportes Linares, en 2006

• Tercera División de Chile (3): 1987, 1998, 2014
• Subcampeón del Campeonato de Apertura de la Segunda División de Chile (1): 1982
• Subcampeón de la Segunda División Profesional de Chile (1): 2019
• Subcampeón de la Tercera División de Chile (1): 2007

• Copa Greenvic (1) : 2017^[5]​^[6]​

• Gatica Wiermann, Héctor (2019). Almanaque del fútbol chileno. Clubes. Santiago: Hueders. ISBN 978-956-365-114-0. 

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