Le single a déjà été téléchargé 1 111 000 de fois aux États-Unis en quatre semaines, avant la sortie du clip. Deux semaines après la sortie du clip, le single se trouvait au sommet de plusieurs classements musicaux et comptabilise 2 100 000 téléchargements.
En 2010, California Gurls devient la chanson la plus téléchargée aux États-Unis[1] en restant six semaines consécutives au top du Billboard[2]. En France, le single atteint la 5e place, la deuxième fois pour Katy Perry après I Kissed a Girl.
Le single a été écrit pour répondre à la chanson Empire State of Mind de Jay-Z & Alicia Keys qui défendait la ville de New York. Katy Perry voulait rendre hommage à sa Californie natale : « Empire State of Mind est énorme pour New York mais, bon sang, et L.A. dans tout ça ? Et la Californie ? Je veux faire une chanson pour la Californie, et en particulier du point de vue d'une jeune fille. », a-t-elle déclaré.
Le clip a été dévoilé le 15 juin dans un premier temps sur le site de la chaîne MTV.
On la découvre sur un plateau de jeu de société nommé Candyfornia en référence à California, représentant un monde imaginaire rempli de friandises.
Au cours du jeu, elle aide ses amies pour, finalement, combattre l'armée d'oursons en bonbons de Snoop Dogg. Elle utilise à cet instant un soutien gorge éjectant de la crème et neutralisant les oursons. En France, le clip est diffusé en journée avec une signalétique "déconseillé aux moins de 10 ans" seulement sur la chaîne Trace Urban.
La semaine de la sortie de l'album, le clip comptabilisait plus de 40 millions de vues sur YouTube. Le 30 décembre 2020, le clip cumule près de 565 millions de vues.
Le label des Beach Boys (Rondor Music) accuse Katy d'avoir plagié une phrase de leur chanson California Girls dite par Snoop Dogg : « I wish they all could be California girls », considérée comme une partie des paroles les plus connues de toute l’histoire (« J’aurais aimé qu’elles soient toutes des californiennes » en français). Cependant, le groupe est gêné car Brian Wilson aime beaucoup la version de Katy[56].
Finalement, la plainte est levée[57] et Katy Perry critique les médias d'en faire trop sur cette histoire. Néanmoins, sur la version album de la chanson, cette phrase a été retirée.