Podle tradice, zachycené na přelomu 11. a 12. století v Kosmově Kronice Čechů, byl zakladatelem rodu Přemyslovců Přemysl Oráč, pocházející ze Stadic, kterého si vyvolila za manžela Krokova dcera Libuše. Jejich následníky byli dle pověstí Nezamysl, Mnata, Vojen, Vnislav, Křesomysl, Neklan a Hostivít. Hostivítovým synem údajně byl první historicky doložený český kníže Bořivoj I., u nějž se dodnes spekuluje o původu. K původu rodu se vyjadřuje také tzv. Kristiánova legenda z konce 10. století a autor svatováclavské legendy Diffundente sole. V obou těchto starších pramenech se hovoří o Přemyslu Oráči, příběh ale není zdaleka tak rozvinutý jako v Kosmově „literárnějším" podání.
První historicky doložený Přemyslovec a jeho potomci v Čechách vládli více než 430 let – do roku 1306. Na trůně se jich vystřídalo pravděpodobně 30, z toho sedm králů.
Ke konci 10. století svedli Přemyslovci rozhodující boj o vrchní vládu nad Čechami s mocným rodem Slavníkovců, který skončil vyvražděním Slavníkovců na Libici 28. září 995. Otázka vztahů těchto dvou rodů je dodnes diskutovaná, Slavníkovci možná pro Přemyslovce nepředstavovali mocenskou hrozbu. Existují i alternativní teorie o tom, že Slavníkovci byli pouze jednou z větví Přemyslovců a tudíž šlo o mocenský boj v rámci rodu.
Po úspěších za vlády Boleslava I. a Boleslava II. nastal za vlády tří synů knížete Boleslava II. v 10. století velký úpadek českého knížectví v souvislosti s bratrovražednými boji mezi Přemyslovci a vzestupem okolních zemí – především pak Uher a Polska. Tato krize byla překonána až za vlády Břetislava I., který, poučen z těchto problémů, zavedl seniorátní řád, tj. dědictví nejstaršího člena přemyslovského rodu a rozdělil tím vládu svým pěti synům, z nichž nejstarší Spytihněv II. vládl jako kníže a jeho tři mladší bratři obdrželi vládu nad moravskými úděly – olomouckým, brněnským a znojemským – a poslední syn Jaromír (Gebhart) se věnoval církevní dráze. Ze synů Břetislava I. odvozovali svůj původ také moravští Přemyslovci, kteří vymřeli až za vlády krále Přemysla Otakara I., který se snažil eliminovat moc vedlejších větví rodu a soustředit ji do hlavní, pražské linie.
V roce 1085 získal jako první z Přemyslovců královský titul Vratislav II. V roce 1158 se totéž podařilo i jeho vnukovi Vladislavovi II. Oba Přemyslovci královský titul získali jako poctu a odměnu od císaře. Navíc i v tomto období se v přemyslovském rodě projevovaly velké rozpory mezi jednotlivými rodovými liniemi.
Od 11. století sahala moc Přemyslovců trvale také na Moravu, kterou spravovala jejich moravská větev jako údělná knížata olomoucká, brněnská a znojemská. Znojemská větev vymřela jako první – její poslední představitel Konrád II. Ota se stal českým knížetem, zemřel ovšem už v roce 1191. Brněnská větev skončila s bratry údělníky Spytihněvem a Svatoplukem na přelomu 12. a 13. století. Spytihněv žil velkou část svého života uvězněný na hradě Přimda. Posledním představitelem olomouckých Přemyslovců byl kaplan Sifrid, který zemřel v roce 1227. Poslední zprávy o vedlejší linii rodu, Děpolticích, byly v roce 1247.
Po státní krizi v poslední čtvrtině dvanáctého století na trůn usedl Přemysl Otakar I. a skončila tak řada rychle se střídajících knížat (sám Přemysl byl ostatně jedním z nich). Roku 1212 Přemysl I., dokonale využívající situace v říši, zajistil pro své potomky dědičný královský titul. V době vlády jeho syna Václava I. se česká zahraniční politika změnila z dosavadního víceméně defenzivního postoje na ofenzivní.
V osobě krále Přemysla Otakara II., syna Václava I., se v roce 1253 počet mužských členů rodu omezil jen na jednoho. Přemysl měl jen jednoho legitimního syna, Václava II. a ten také jen jednoho přeživšího mužského dědice, Václava III. Královská linie rodu Přemyslovců, k němuž se vážou počátky české státnosti, skončila nečekaně zavražděním mladého Václava III. v Olomouci dne 4. srpna 1306.
Přemyslovská linie poté ještě pokračovala po přeslici v dalších královských dynastiích, což byli Lucemburkové (1310–1436), Habsburkové (1436–1457), Jagellonci (1471–1526) a opět Habsburkové (1526–1740), posléze Habsbursko-Lotrinská dynastie (1740–1918). Žili také ještě královští levobočkové a hlavně představitelé významné, ale tentokrát už opravdu poslední vedlejší linie rodu – opavští Přemyslovci, potomci Přemysla Otakara II. a jeho milenky, rakouské šlechtičny Anežky z Kuenringu.
