Tracka i grecka Urdowiza (VI w. p.n.e. – I w.)
Okolice dzisiejszego Primorska były zamieszkane już od VI w. p.n.e. przez Traków, a greccy koloniści z Apollonii (Sozopol) wykorzystywali południowe wybrzeże Morza Czarnego jako łańcuch stacji portowych — jedna z nich, znana jako Urdowiza, lokalizowana jest przy sąsiednim dzisiejszym Kitenie. Znaczącym znaleziskiem archeologicznym w okolicy jest trackie megalityczne sanktuarium „Beglik Tasz”, położone około 5 km na północ od Primorska, wraz ze śladami hellenistycznych budynków mieszkalnych wzdłuż wybrzeża.
Okres rzymski (I – IV w.)
Po włączeniu do Cesarstwa Rzymskiego Urdowiza pozostała małą stacją portową między Apollonią a Agatopolis (Achtopol). Z tego okresu pochodzą ślady infrastruktury drogowej, mała łaźnia i kilka obiektów grobowych — eksponowane w muzeum w Sozopolu.
Średniowiecze i Imperium Osmańskie (VI – XIX w.)
W średniowieczu nadmorskie osady stopniowo traciły rolę portową, a okolica się wyludniła. Pod panowaniem osmańskim była cicha i słabo zaludniona. Współczesna miejscowość została założona 15 maja 1879 r. pod nazwą Kiuprija (od tur. köprü – „most”) przez cztery rodziny osadników ze strandżańskich wsi Zabernowo i Byłgari (Urguri), które wykarczowały las na półwyspie Kiupriuburun.
Primorsko i obozy młodzieżowe (1934 — dziś)
W 1934 r. miejscowość przemianowano z Kiuprii (tur. „most”) na Primorsko. W 1953 r. uzyskała status kurortu, a dekretem nr 2190 z 16 października 1981 r. – prawa miejskie po administracyjnym połączeniu z Kitenem. W okresie socjalizmu działał tu Międzynarodowy Ośrodek Młodzieżowy „Georgi Dimitrow”, który przyjął setki tysięcy młodych ludzi z ponad 50 krajów. Po 1989 r. Primorsko przekształciło się w spokojny rodzinny kurort – preferowaną alternatywę dla gwarnego Słonecznego Brzegu.