Hay evidencias geológicas que indican que el lago Chilka fue parte de la bahía de Bengala durante las últimas etapas del Pleistoceno (desde hace 1,8 millones hasta el 10 000 a. C.).

El Servicio Arqueológico de la India (Archaeological Survey of India) llevó a cabo excavaciones en Golabai Sasan (20°1′7″N 85°32′54″E / 20.01861, 85.54833), justo al norte del lago Chilka, en el distrito de Khurdha.[1]​ Golabai proporcionó evidencias de la existencia de una zona cultural en Chilka en una secuencia de tres fases: Neolítico (ca. 1600 a. C.), Calcolítico (desde ca. 1400 a. C. a 900 a. C.) y Edad del Hierro (desde ca. 900 a. C. a ca. 800 a. C.). La datación por radiocarbono permitió fechar los primeros niveles de Golbai hacia el 2300 a. C. El sitio está ubicado en la margen izquierda del río Malaguni, un afluente del río Daya que desemboca en el lago Chilika. Esta ubicación, que daba acceso al mar por el lago Chilika, ofrece una prueba de las actividades marítimas en la región. La recuperación de muchas azuelas trabajadas en madera y otros artefactos demuestran que Golabai fue un centro de construcción de barcos. Significativamente, Golabai es el único sitio excavado en Orissa donde han aparecido evidencias de construcción de barcos. Esto también indica que el lago Chilka estaba muy cerca de Golabai y eso facilitaría el comercio marítimo en la zona durante la época antigua.[2]​

Algunos textos antiguos dicen que el sector sur de Chilika fue un importante puerto para el comercio marítimo, cuando Kharavela (IAST: Khāravela, Devanagari: खारवेल) (c. 209 a. C.-después de 170 a. C.), el rey de Kalinga, era conocido como el señor del Mar.[3]​

Claudio Ptolomeo (150 d. C.), el geógrafo griego, se refiere a Palur como el puerto de Paloura, situándolo cerca del punto de partida situado fuera de la punta sur del lago en Kantiagarh, desde donde navegaban barcos con destino a diferentes partes del sudeste asiático. Después del año 639, los peregrinos chinos Fa-Hien y Hiuen-Tsang mencionan un puerto famoso Che-li-ta-loChing cerca de la orilla del océano, que era una vía y un lugar de descanso para la navegación marítima y los comerciantes extranjeros de tierras lejanas. Este puerto fue localizado en 'Chhatragarh' en las orillas del lago Chilika.[2]​

Una leyenda del siglo IV, a menudo citada para explicar el nacimiento de Chilka, afirma que el rey de los piratas, Raktabahhu, planeaba atacar Puri con una enorme flota de barcos. Para evitar ser detectado, ancló sigilosamente fuera de la vista, frente a la desembocadura al mar. El engaño fue revelado por los buques que no pudieron flotar a la orilla, lo que advirtieron la gente de la ciudad, que escaparon con todas sus pertenencias. Raktabahu se sintió traicionado cuando se encontró con una ciudad abandonada y dirigió su furia hacia el mar que lo había traicionado. El mar se apartó para dejar marchar el ejército y luego creció de nuevo, ahogando el ejército y formando el actual lago.[4]​

Las excavaciones arqueológicas han descubierto anclas de buques del siglo VII y piedras commemorias dedicadas a los héroes de la batalla en un pueblo llamado Kanas, a unos 25 km al norte de Chilika, en las orillas del río Nuna, que desemboca en el lago. Esto mostraría evidencias de un enfrentamiento naval histórico frente a su costa.

Un texto del siglo X, el Brahmanda Purana, menciona al lago Chilika como un importante centro comercial, y un refugio para los buques que navegaban a Java, Malasia, Ceylan, China y otros países. Esto sugiere que el lago era entonces lo suficientemente profundo como para que atracasen los buques de navegación marítima y que tenía un canal hacia el mar lo suficientemente grande para que los barcos mercantes cargados se embarcasen hacia el sudeste de Asia.[5]​[6]​[7]​ Los habitantes a lo largo del lago Chilika todavía celebran un festival anual llamado «Bali Yatra» (‘Viaje a Bali’).

En 1803, el raj británico entró en las orillas del lago, llegando a Puri y ocupando Orissa con la ayuda de Fatah Muhammad. Fateh Mohamed, a su vez fue recompensado por los británicos con el dominio absoluto de las áreas de Malud y Parikud, que en la época actual, son los bloques (block) de Garh Krishnaprasad.[3]​

Con los años, poetas, incluidos Kabibar Radhanath Ray y Pandit Godavarish Mishra, combatientes de la libertad y santos, han ensalzado la historicidad del lago en lo pertinente a sus aspectos culturales, espirituales y religiosos.[3]​[5]​