Первые стоянки человека, обнаруженные в окрестностях села Шемаха, имеют возраст 7—8 тысяч лет. Село Шемаха основано в 1714 г.
В период основания это место называлось Сорокинская пристань, поселение — Сорокино, с ХIХ века — Шемахинский железоделательный завод. В начале ХХ века верхняя часть села ещё называлась Сорокино, а нижняя — Шемаха. Позже название Сорокино вышло из употребления.
Согласно местной легенде, Сорокинская пристань была основана на месте существующего зимовья (кош) катайцев возглавляемое Шемахуллой. От его имени и произошло название речки Шемаха, от названия которой в свою очередь и название села.
Есть данные, что в 1716 г. Никитой Никитичем Демидовым на месте Шемахи был основан казённый завод по производству пушечных ядер.
Шемахинский железоделательный завод основан (по другим сведениям — куплен) в 1809 г.(1812 г.) вольским купцом 1-й гильдии Львом Ивановичем Расторгуевым. Железоделательный завод находился на на реке Шемаха и принадлежал к округу Кыштымских заводов, не имея самостоятельного значения — относился к числу вспомогательных, производил передел чугуна Нязепетровского завода. Здесь производилось небольшое количество сортового железа, гвоздей и якорей (до 72-80 т в год). К концу XIX века оборудование износилось и объём производства сократился. В 1907 завод окончательно закрылся. В XX веке плотина заводского пруда была разрушена, и пруд перестал существовать.
До постройки проходящей в пяти километрах восточнее села Западно-Уральской железной дороги (1916 г.) и ветви Екатеринбург-Кыштым-Челябинск Уральской горнозаводской железной дороги (1896 г.) соединивших промышленные центры Урала с Транссибом, город был перевалочным пунктом грузов, сплавляемых через Сорокинскую пристань в Красноуфимск и Уфу; с проведением железной дороги он потерял и это значение. Также, через Сорокинскую пристань доставлялась продукция Каслинского чугуноплавильного и железоделательного завода сплавным путём по реке Уфе в европейскую часть России.
В советские годы в Шемахе располагался совхоз «Шемахинский», в котором работало до 1100 человек.
