Pada asalnya, Cardinals dikenali sebagai Brown Stockings (1882) dan Browns (1883–98). Pasukan ini bertanding di American Association (AA) dan meraih beberapa kejayaan seperti menjuarai empat pennant AA berturut-turut dari tahun 1885 sehingga 1888. Pada tahun 1892, pasukan ini berpindah ke saingan National League (NL) apabila mereka kemudiannya bergelut dengan menamatkan kempen sama ada di tempat terakhir atau kedua terakhir dalam lima daripada tujuh musim pertama mereka di saingan liga baharu. Pada tahun 1900, pasukan ini mula dikenali sebagai Cardinals selepas mengguna pakai nama samaran “Perfectos” pada satu tahun sebelum. Pasukan ini terus mempamerkan prestasi hambar selama dua dekad pertama kurun ke-20 tetapi pada tahun 1915, bakal infielder Dewan Kemahsyuran iaitu Rogers Hornsby telah mengubah nasib pasukan. Pada tahun 1926, beliau membantu pasukannya meraih pennant pertama dalam tempoh masa 38 tahun dan meraih kejayaan di Siri Dunia apabila menewaskan New York Yankees dalam tujuh aksi perlawanan. Infielder hebat lain, Frankie Frisch pula membawa Cardinals menuju ke tiga kemunculan Siri Dunia antara tahun 1928 dan 1931 termasuk meraih satu kejuaraan (1931). Pada tahun 1934, bakal pemain Dewan Kemahsyuran. Dizzy Dean mencatatkan 30 kemenangan (abangnya Paul memenangi 19 perlawanan) untuk membantu pasukannya mara ke Siri Dunia. Pasukan Cardinals yang menonjolkan aksi bergomol telah memperoleh nama samaran “the Gashouse Gang.”

Pada tahun 1941, Stan Musial menyertai Cardinas. Musial kemudian menjadi bintang Cardinals yang paling diminati apabila beliau beraksi selama 22 musim di St. Louis dan memimpin pasukannya dalam tempoh paling berjaya dalam sejarah pasukan. Pasukan Cardinals pada era 1940-an akan menamatkan kempen sama ada di tempat pertama atau kedua di NL pada setiap tahun dekad berkenaan. Pasukan ini juga tampil dalam empat kemunculan Siri Dunia dan meraih tiga kejuaraan daripadanya (1942, 1944 dan 1946). Cardinals memenangi Siri Dunia 1946 ke atas Boston Red Sox dengan bergaya pada perlawanan penentu kejuaraan apabila Enos Slaughter memukul bola melepasi kepala shortstop - peristiwa ini dikenali sebagai “Mad Dash”.

Setelah menempuh tempoh kemerosotan pada 1950-an, Cardinals mula memperoleh kebangkitan semula pada 1960-an. Dengan kemasukan Bob Gibson sebagai pelempar dan kepantasan pemain Lou Brock, Cardinals beraksi dalam tiga aksi Siri Dunia pada dekad tersebut dengan meraih kemenangan ke atas Yankees pada 1964 dan Red Sox pada 1967. Kejuaraan Cardinals pada tahun 1964 sangat bermakna bagi mengakhiri dominasi Yankees pada pertengahan abad yang menyaksikan Yankees meraih 14 pennant dalam 16 musimnya. Pada tahun 1966, Cardinals berpindah ke Busch Memorial Stadium (dinamakan semula sebagai Busch Stadium pada 1982) yang menjadi arena pasukan sehingga tahun 2005. Pasukan ini kemudiannya bermain di stadium baharu, Busch Stadium pada 2006. Pada 1970, Cardinals menjual outfielder Curt Flood yang kemudiannya menyaman Major League Baseball yang membenarkan pasukan menjualnya tanpa kebenarannya. Hal ini mendorong kepada penubuhan ejen bebas. Pemain shortstop yang menyerlah, Ozzie Smith menyertai Cardinals pada 1982 dan membantu pasukan meraih kejuaraan Siri Dunia pada musim sulungnya di St. Louis. Smith membawa pasukannya kembali ke dua aksi Siri Dunia selanjutnya pada 1980-an tetapi kedua-duanya berakhir dengan kekalahan.

Pada tahun 1996, Cardinals mengambil Tony La Russa sebagai jurulatih yang kemudiannya menjadi pengurus meraih kemenangan tertinggi dalam sejarah pasukan. Pada tahun berikutnya, St. Louis menambah Mark McGwire, yang meraih rekod home run tertinggi pada satu-satu musim pada tahun 1998. Beliau kemudian menjadi ikon setempat (walaupun reputasinya merosot dalam kalangan peminat Cardinals apabila ada dakwaan penggunaan steroid). Albert Pujols menyertai Cardinals pada tahun 2001 dan membantu pasukannya muncul di Siri Dunia pada tahun 2004 sebelum tewas kepada pasukan Red Sox yang semakin menyerlah. Pada tahun 2006, pasukan Cardinals yang dianggap skuad bukan pilihan mara ke Siri Dunia apabila mereka dengan mudahnya menewaskan pasukan pilihan, Detroit Tigers sekali gus menjadi pasukan juara dengan mencatatkan peratus kemenangan terendah dalam sejarah besbol iaitu 83–79.

Cardinals hanya melakukan satu kemunculan postseason antara tahun 2007 dan 2010. Pada tahun 2011, St. Louis melakukan kebangkitan dramatik untuk mara ke playoff setelah memintas Atlanta Braves untuk layak ke Wild Card dalam tempoh sebulan sebelum tamatnya musim. Cardinals kemudian mengecewakan Philadelphia Phillies dan Milwaukee Brewers dalam postseason untuk layak ke Siri Dunia. Cardinals akhirnya menewaskan Texas Rangers dalam tujuh perlawanan.

Selepas tewas dalam aksi National League Championship Series (NLCS) kepada bakal juara San Francisco Giants pada 2012, Cardinals sekali lagi meneruskan kemaraan ke Siri Dunia pada 2013 sebelum dikalahkan oleh Red Sox dalam enam perlawanan. Momentum kejayaan pasukan ini diteruskan pada 2014 apabila meraih gelaran divisyen dan layak ke NLCS tetapi tewas kepada Giants. Selepas merekodkan lima kelayakan ke postseason berturut-turut pada 2015, Cardinals akhirnya gagal ke playoff pada 2016. Pasukan ini tidak dapat beraksi di postseason sehingga tahun 2019 apabila Cardinals merangkul gelaran divisyen dan mara ke pusingan NLCS sebelum kecundang kepada Washington Nationals. Cardinals juga layak ke playoff pada tahun 2020 dan 2021 tetapi keputusan kedua-duanya menyaksikan pasukan ini mengalami kekalahan di pusingan Wild Card.