Por su localización, este archipiélago fue quizás uno de los primeros lugares del Nuevo Mundo en ser descubiertos por navegantes europeos en el hemisferio sur. En el mapa más antiguo de Brasil (planisferio de Cantino, de 1502) el archipiélago ya aparece, con el nombre de Sāo Joāo da Quaresma (San Juan de la Cuaresma). El primer hombre cuyo desembarco en las islas haya sido documentado, fue Américo Vespucio, en 1503. Al año siguiente, el archipiélago fue donado al hidalgo Fernando de Noroña, quien financió la expedición de Vespucio. Fernando de Noroña fue tomada por franceses (1556, 1558, 1612 y 1736) e ingleses (1577), hasta que pasó a manos de las Provincias Unidas de los Países Bajos en (1628-1630) y (1635-1654) arrendado por 19 años por Michel de Pavw (de ahí el nombre en neerlandés del archipiélago: Pavonia).[1]​ En 1654, los neerlandeses perdieron Recife a manos de Portugal, y Fernando de Noroña pasó a ser dominio lusitano.[2]​

Tras la firma del Tratado de Utrecht en el siglo XVIII, la corona portuguesa comenzó a poblar al archipiélago de manera planeada, y así Fernando de Noroña comenzó una etapa de mayor desarrollo con el establecimiento de villas permanentes. Se destaca Vila dos Remédios (Villa de los Remedios), cuya fortaleza comenzó a ser construida en 1737, y que se completó 41 años más tarde.

La Vila dos Remédios fue concebida desde el principio como una colonia correccional, a donde llegarían presos comunes llegados de Pernambuco. A ellos se les unieron todos los gitanos del país, que fueron expulsados de Brasil en 1739 y también quienes eran apresados por practicar capoeira, luchadores pertenecientes a las maltas (grupos criminales).[3]​ El presidio común de Fernando de Noroña funcionó durante 201 años.

En 1832, Charles Darwin visitó el archipiélago, como escala en su famosa expedición a bordo del HMS Beagle. Posteriormente, la localización estratégica del archipiélago lo hizo ser escala para varias actividades: en 1898, Noroña sirvió como escala entre Brasil y África, para el tendido del cable telegráfico transoceánico. Entre 1927 y 1934, sirvió de apoyo a las travesías de los hidroplanos de Aéropostàle (línea aérea francesa).

En 1938, el presidio común fue transformado en presidio político, donde solamente los reos del Estado Novo comenzaron a ser enviados al archipiélago. Los presos políticos tenían un nivel académico superior al del reo común, y la vida en la isla inmediatamente les resultó difícil de sobrellevar. Entonces florecieron las actividades artísticas entre la comunidad, donde los presos invertían la mayor parte de su tiempo de descanso. Destacó el grupo teatral Teatro Aranha, comandado por Agildo Barata Ribeiro.

Esta situación tuvo una corta duración, pues el archipiélago fue transformado en Territorio Federal con la entrada de Brasil a la Segunda Guerra Mundial, en 1942.

Fernando de Noroña sirvió hasta el final de la guerra como la principal base militar de Brasil en el océano Atlántico. La guerra transformó totalmente a la isla mayor, ya que las edificaciones fueron reformadas para albergar a los tres mil militares estacionados allí, se construyó una segunda pista de aterrizaje, y fue instalado equipo bélico como baterías antiaéreas, cuyos restos permanecen conservados para el turismo en Vila dos Remédios. También se construyeron un hospital, una planta de energía eléctrica, un nuevo muelle y un cine al aire libre. Trescientos soldados estadounidenses reforzaron a los brasileños, y se construyeron casas prefabricadas para albergarlos. Además de servir como base de defensa y de abastecimiento, Noroña sirvió como punto de partida para las tropas brasileñas que invadieron Italia.

Al terminar la guerra, el archipiélago siguió siendo considerado Territorio Federal. La población civil comenzó a aumentar paulatinamente, y el desarrollo de la infraestructura se reactivó. Se construyó la autopista federal BR-363, la segunda más corta del país[4]​ llamada TransNoroña, que atraviesa la isla mayor. En 1988, Noroña fue reintegrado al estado de Pernambuco. Y ha iniciado su despliegue como centro turístico y de recreación.

A contar del 1 de junio de 2009 el archipiélago ha sido utilizado como base de las operaciones de búsqueda de los restos del Vuelo 447 de Air France, que se accidentó mientras efectuaba la ruta Río de Janeiro - París, provocando la desaparición de 228 personas (se consideran desaparecidos mientras no aparezcan cuerpos o restos del avión caído en el océano Atlántico).

Para el 13 de junio de 2009, ya se han encontrado restos de lo que era el avión siniestrado, además de algunos objetos que pertenecían a los pasajeros y los cadáveres de unas 50 personas que ya fueron rescatados.