Plusieurs indices d'occupation ancienne ont été relevés à Ambernac. Des levées de terre, sur la rive gauche de la Charente, suscitent de nombreuses hypothèses : tumuli, cimetière mérovingien (une francisque aurait été retrouvée), ou remblais des mines d'Ambernac. A l'époque gallo-romaine, Ambernac aurait été un carrefour de voies romaines. Une borne milliaire a d'ailleurs été découverte, elle est conservée à Angoulême au musée de la Société archéologique et historique de la Charente.
Les mines de plomb argentifère auraient été exploitées à cette époque. Des sarcophages dits gallo-romains auraient également été retrouvés autour de l'église.
Pendant l'Ancien Régime, Ambernac était un chef-lieu d'archiprêtré. Nanglard affirme l'existence d'une commanderie de templiers dépendant de Villegast au Maslandrie, d'une chapelle Saint-Cyprien près du pont sur la Charente, ainsi que d'une maladrerie. La commune d'Ambernac est en fait la réunion de deux paroisses, Saint-Pierre d'Ambernac et Saint-Martin de l'Erm. La paroisse Saint-Martin a été annexée en 1802. Les principaux logis étaient Praisnaud, Puynode, Villechaise et Chez Guilloux. Des registres d'arpentage ont été dressés en 1749-1751.
Presque tous les hameaux actuels de la commune sont présents sur la carte de Cassini. Seules quelques fermes isolées n'y figurent pas (la Grosse-Pierre, les Broussilles). Au XIXe siècle, la commune dépasse 1000 habitants. Elle compte près de 1200 habitants en 1850. A cette époque, plusieurs tentatives sont faites pour exploiter les mines d'Ambernac et d'Alloue, aucune n'atteint le seuil de rentabilité. Le 27 juillet 1944, des combats violents opposent une colonne de soldats allemands et les Résistants du maquis Foch présents à Ambernac, faisant de nombreux morts et détruisant de nombreux bâtiments (l'Allemandie, les Champs, le bourg). Depuis plusieurs décennies, Ambernac subit un déclin démographique.