Latar belakang sejarah pendirian Pura Dalem Cemara tidak dapat ditemukan dalam sumber-sumber tertulis, tetapi cerita-cerita masyarakat sebagai pangempon dan penyungsung pura dapat digunakan sebagai salah satu narasi dalam menceritakan keberadaan pura ini.
Menurut pemangku pura, Jero Mangku Made Sukanadia dahulu masyarakat serangan merupakan nelayan-nelayan yang melintasi teluk di sekitaran Tanjung Benoa. Mereka datang dari, misalnya, sekitar Pamogan, Suwung, Kepaon, Kelan, Pago, Panjer, Dukuh, Pedungan, Intaran, Cemenggon, Batusasih (Batubulan).
Secara struktur, Pura Dalem Cemara posisinya menghadap ke barat dengan terbagi atas tiga halaman. Yaitu halaman dalam (utama mandala/jeroan), halaman tengah (madya mandala), dan halaman luar (nista mandala/jabaan).
Halaman dalam dan tengah dibatasi dengan tembok keliling yang terbuat dari susunan batu gamping (kapur) atau disebut juga dengan paras tombong, halaman luar dengan halaman tengah dihubungkan dengan paduraksa berupa candi bentar, sedangkan halaman tengah dengan halaman dalam dihubungkan dengan paduraksa berupa candi kurung (kori agung).
Halaman dalam (utama mandala/jeroan) di dalamnya berdiri bangunan maupun arca seperti Candi Prasada sebagai Gedong Ratu Agung, Palinggih Tajuk, Gedong Bhatara Dalem Kahyangan, Gedong Bhatara Lamun, Piyasan, Gedong Bahatara Ratu Pemade, Bale Papelik, Gedong Bahatara Ratu Singosari, Palinggih Batur, Meru Bhatara Ratu Pasek, Tugu Kepah Kembar, Gedong Bhatara Ratu Hyang Gelar, Bale Pengaruman, Linggih Ratu Ayu, Palinggih Hyang Ibu, Gedong Bhatara Ratu Apuan, dan Palinggih Ratu Sawo.
Kemudian pada halaman tengah (madya mandala) terdapat juga bangunan seperti Palinggih Arca Prakangge, Bale Kulkul, Bale Gong, Perantenan, dan Palinggih Arca Taman. Halaman luar (nista mandala/jabaan) yang berada di sisi barat merupakan jalan, tanpa dikelilingi tembok.
Pura Dalem Cemara termasuk bagian dari pura kahyangan tiga atau pemujanya terikat oleh kesatuan wilayah dan dulu sebagai Pura Desa, Puseh, Dalem. Sekarang, pura ini merupakan bagian dari pura kahyangan tiga sebagai bersthananya Dewa Wisnu, dewa pemelihara. Hal ini diperkuat dengan adanya Pura Segara di sisi utara Pura Dalem Cemara yang memiliki simbol air sama dengan manifestasi Dewa Wisnu. Upacara piodalan di Pura Dalem Cemara dilaksanakan setiap 210 hari, yaitu pada hari Buda (Rabu) Kliwon, Wuku Sinta (hari raya Pagerwesi).
